開發具有高催化活性的導電催化劑被認為是改善鋰硫電池正極動力學的有效策略，尤其是在大電流密度和貧電解質條件下。晶格應變工程一直是一種調整催化劑局部結構并理解應變和催化劑性能之間的構效關系的策略。在這里，山東大學徐立強等在鋅原子均勻摻雜到CoTe2晶格后構建了Co_0.9Zn_0.1Te₂@NC。實驗/理論結果表明，晶格應變對鈷原子的配位環境的改變調節了d帶中心，使更多的電子占據了反鍵軌道，從而平衡了多硫化物的吸附和本征催化效應，從而激活了本征催化劑的活性。

受益于這些優點，在正極中僅添加4 wt%的催化劑，在1 C時可實現1030 mAh g^-1的初始放電容量，并在1 C/2C時實現1500/2500次循環的穩定循環性能。硫負載量為 7.7 mg cm^-2時，面積容量可達 12.8 mAh cm^-2。該工作為催化材料的設計和吸附催化策略的細化提供了指導方法，以合理設計鋰硫電池正極。

采用DFT（密度泛函理論）計算進一步研究了添加催化劑對多硫化物吸附容量和陰極動力學的影響。對于Bader電荷分析，摻雜Zn前后CoTe₂的結構模型分別如圖6(b,c)所示，CoTe₂中Zn原子對應的Co21附近三個Te原子的電荷數分別為-0.0111 (Te33)、0.0212 (Te12) 和 0.0212 (Te18)。Zn原子的加入引起CoTe₂中的晶格應變，調整了CoTe₂表面的電子結構，使得與Zn原子相鄰的這三個Te原子的電荷數分別變為-0.02（Te33）、2.97（Te12）和2.99（Te18），導致Te和Li之間的親和力增強，從而增強Co_0.9Zn_0.1Te₂對可溶性多硫化物的錨定/吸附。

此外，為了更真實地模擬實際催化材料中的Co/Zn比，優化模型和Zn原子的Bader電荷以及T 原子位置。Co23附近的三個Te原子的電荷數分別為-0.01（Te39）、-0.08（Te38）和-0.018（Te29）。引入Zn原子后，與Co23對應的附近3個Te原子的電荷數分別為-0.02（Te39）、-0.09（Te38）和-0.02（Te29）。以上結果都表明，Zn原子的引入可以引起CoTe₂晶格的應變，從而促進鋰硫電池的正極動力學轉變。

Co_0.9Zn_0.1Te₂（-5.87eV）對Li₂S₄的吸附能（圖7a）大于CoTe₂（-4.53eV）和ZnTe（-3.93eV），說明Zn的引入引起晶格應變和變化表面電子結構，從而增強對多硫化物的化學吸附力并減緩穿梭效應。此外，研究了Co_0.9Zn_0.1Te₂催化劑實現高效液固、固液轉化為硫正極的機理。圖7（b，c）描繪了Li₂S₄、Co_0.9Zn_0.1Te₂吸附Li₂S₄、Li₂S和Co_0.9Zn_0.1Te₂吸附Li₂S的分子結構模型。S1-Li2（Li₂S₄）被吸附后的鍵長從2.084 ?變為2.094 ?，這會削弱S-S橋鍵，有利于多硫化物的轉化。

此外，S1-Li2 (Li₂S) 的鍵長從2.099 ?增加到2.303 ?，表明 Co_0.9Zn_0.1Te₂ 可以強烈催化 Li₂S 的溶解并促進 Li₂S的氧化過程，從而改善反應動力學。吉布斯自由能計算（圖 7d）表明，Li₂S₄還原為Li₂S是吸熱反應，需要驅動力，而吸附在Co_0.9Zn_0.1Te₂表面的Li₂S₄還原所需的能壘（0.51和1.6eV）小于CoTe₂（2.05和1.94 eV），說明Co_0.9Zn_0.1Te₂更有可能促進體系中的硫轉化，從而加快反應動力學，提高硫轉化率。

圖 7.a) 三種 Li₂S₄吸附催化劑的分子結構和結合能。b) Li₂S₄的S-S鍵長和c) Li₂S在Co_0.9Zn_0.1Te₂襯底上的S-Li鍵長。d)多硫化物轉化反應過程中的吉布斯自由能。

Bin Wang, Lu Wang, Dong Ding, Yanjun Zhai, Fengbo Wang, Zhongxin Jing, Xiaofan Yang, Yueyue Kong, Yitai Qian, Liqiang Xu. Zinc-assisted Cobalt-ditelluride Polyhedra Inducing Lattice Strain to Endow Efficient Adsorption-catalysis for High-energy Lithium-sulfur Batteries. Advanced Materials, 2022.

https://doi.org/10.1002/adma.202204403