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開發具有捕獲多硫化鋰（LiPSs）、催化涉及多種LiPSs多步氧化還原反應和同時轉移電子能力的最佳催化劑，對于克服鋰硫電池（LSBs）的穿梭效應至關重要，但這仍然是一個巨大的挑戰。

廣東工業大學黃少銘、張琪等通過在金屬有機框架（MOF，Ni-TABQ）中整合雙催化中心（Ni-N₄和醌），展示了采用一種催化劑有效催化多步LiPSs轉化的概念。

圖1 用于抑制LSBs穿梭效應的MOF及其膜的目標導向設計

系統的原位/非原位實驗和詳細的DFT模擬計算表明，Ni-TABQ中的醌和Ni-N₄的催化位點可以在氧化還原反應過程中實現有效的多步催化協同作用。此外，這種Ni-MOFs可以原位生長在經過等離子體處理的聚丙烯（PP）隔膜上，形成超輕超薄的MOF膜（≈0.075 mg cm^-2），實現對LiPSs的捕獲、離子篩分、LiPSs轉化的多步驟催化和快速電子轉移。

圖2 吸附和催化研究

受益于上述優勢，采用Ni-TABQ中間膜組裝的LSBs提供了極大的倍率能力和出色的長期循環穩定性，在1C下循環1000次中每圈容量衰減率為0.198‰。

此外，即使在6.8 mg cm^-2的高硫負載和5.0 μL mg^-1的低E/S比率下，也可以實現穩定的循環性能，初始容量為6.12 mAh cm^-2。這些結果驗證了以目標為導向設計具有雙催化中心的MOFs在促進LiPSs轉化和抑制穿梭效應方面的潛力，這將進一步激發應用于高性能LSBs的其他功能催化劑的設計。

圖3 鋰硫電池性能

An ultralight electroconductive metal-organic framework membrane for multistep catalytic conversion and molecular sieving in lithium-sulfur batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.018

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黃少銘/張琪EnSM：多功能MOF膜助力鋰硫電池1000次穩定循環！

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