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鋰硫電池在新一代可充電電池中表現出巨大的潛力。然而，多硫化鋰（LiPSs）中間體不可避免的溶解和擴散引起的嚴重穿梭效應導致硫利用率低、容量衰減快和鋰負極腐蝕。為了解決上述問題，各種催化劑材料已被開發并引入鋰硫電池，通過晶面工程控制暴露的晶面是提高催化活性的有效策略。

在此，哈爾濱工業大學張乃慶教授、范立雙等人通過調節暴露的晶面合成了錨定在還原氧化石墨烯上的不同SnO₂納米晶體，并用作催化劑以系統地研究Li-S化學中的晶面效應。

實驗和DFT分析都表明，與被{111}晶面包裹的SnO₂八面體（SnO₂ {111}）相比，SnO₂{332}（被{332}晶面包裹）可以更有效地固定LiPS并加速硫物種的氧化還原動力學。具體而言，SnO₂{332}具有豐富配位不飽和Sn原子，因而比SnO₂ {111}具有更好的吸附和催化性能，不僅可以更有效地吸附LiPS并促進其轉化，而且顯著降低了Li₂S的分解能壘。

圖1. SnO₂{332}和SnO₂{111}的表征及模型示意圖

因此，當使用SnO₂{332}作為活性電催化劑時，鋰硫電池在0.1 C下提供了1478 mAh g^-1的高比容量和出色的長期循環穩定性，在2 C下可循環2000次且在每個循環期間的容量衰減率低至 0.021%。

此外，即使在硫負載量為 8.12 mg cm^-2的情況下電池仍能穩定循環，并在0.2 C時100次循環后仍保持6.93mAh cm^-2的高面積容量。該研究證實，晶面工程是優化催化劑性能的一種有前景的策略，加深了對Li-S化學中表面結構定向電催化的理解，同時有助于設計先進的硫電極。

圖2. 基于不同催化劑的鋰硫電池的電化學性能

Crystal Facet Engineering Induced Active Tin Dioxide Nanocatalysts for Highly Stable Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102995

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張乃慶/范立雙AEM：晶面工程誘導活性SnO2納米催化劑實現高度穩定的鋰硫電池

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