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賀高紅/李祥村EnSM：消除異質表面之間的帶隙，實現Li-S電池的快速電子轉移和氧化還原反應

如何設計配置合理的催化劑體系，以減輕多硫化物（LiPSs）在鋰硫電池中的穿梭效應并增強其轉化動力學，仍然是一項挑戰。

圖1. 材料合成及表征

大連理工大學賀高紅、李祥村等通過離子遷移捕獲過程構建了一種新型Cu-CeO_2-x異質界面，以解決上述問題。具體而言，這項工作通過靜電紡絲和分級碳化方法構建了負載Cu-CeO_2-x異質結構的碳納米纖維膜（Cu-CeO_2-x@CNF），并將其用作Li-S電池正極和隔膜之間的夾層。

研究顯示，CNF中的連續碳骨架不僅具有高導電性，還能提供足夠的孔隙以適應固態硫基底的體積膨脹。另外，與傳統的異質結構不同，Cu和CeO₂之間的相互作用通過阻礙CeO₂的團聚而增加了異質界面（Cu-CeO_2-x）的面積，同時促進了Cu在CeO₂表面的分散。

這種相互作用還能增加界面上氧空位的含量，從而有利于Li-S電池的催化轉化。更重要的是，氧空位含量的增加還改變了Cu-CeO_2-x的能帶結構，導致原子間發生軌道雜化，越過費米能級，帶隙消失。這一特性降低了催化過程的反應能壘，加速了Li-S電池的轉化，并抑制了穿梭效應。

圖2.?對LiPSs的催化

最終，Cu-CeO_2-x可以加速LiPSs的催化轉化和Li₂S的分解，因此，在電流密度為2 C的條件下，Li-S電池經過800次循環后可達到626 mA h g^-1的優異性能，每次循環的衰減率僅為0.046%。總體而言，這項研究揭示了異質界面氧空位和帶隙消失的形成機理，為合理設計各種異質結構的Li-S電池材料開辟了新的前景。

圖3.?Li-S電池性能

Eliminating Bandgap Between Cu-CeO2-x Heterointerface Enabling Fast Electron Transfer and Redox Reaction in Li-S Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102983

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