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第一作者：Xiaocheng Zhou

通訊作者：金鐘、左景林、袁帥、馬晶

通訊單位：南京大學

論文速覽

本文提出采用多功能金屬有機框架（MOFs）作為鋰硫（Li-S）電池的正極和負極宿主材料，有效解決了Li-S電池技術中的關鍵挑戰。通過將路易斯酸性金屬簇(M = Zr⁴⁺，Hf⁴⁺和Th⁴⁺)和氧化還原活性的Ni-雙(二硫烯)單元（NiS₄）結合到高穩定性的MOFs中，實現了在正極中對多硫化物吸附和轉化的增強，同時改善了負極上鋰的成核和生長。

優化后的MOF設計使Li-S電池在800次循環后展現出顯著的容量保持率（81.5%）和超高庫侖效率（99.5%）。這項研究突出了多功能MOFs在同時克服硫正極和鋰負極所面臨瓶頸方面的潛力。

圖文導讀

圖1：設計的MOFs的結構表示。

圖2：Zr-NiS₄、Hf-NiS₄和Th-NiS₄的結構表征。

圖3：基于M-NiS₄ MOFs（M = Zr, Hf, 和 Th）的硫正極和鋰負極的電化學性能。

總結展望

本研究成功開發了一系列具有四價金屬-氧簇和氧化還原活性NiS₄基團的高度穩定的MOFs，它們作為Li-S電池的正極和負極宿主材料，同時克服了硫正極和鋰負極所面臨的問題。這些MOFs的高價金屬位點（M = Zr, Hf, 和 Th）和氧化還原活性NiS₄單元的協同效應在促進多硫化物在正極的吸附和快速電催化轉化方面表現出色，同時引導了負極上鋰的均勻成核和生長。

此外，使用S@ZrNiS₄和Li@Zr-NiS₄/Cu組裝的Li-S電池能夠提供高達1,140.1 mAh g^-1的初始容量，在1.0 C的電流密度下具有804.2 mAh g^-1的競爭性倍率性能，并且在800個循環后仍能維持928.9 mAh g^-1的可逆放電容量。本研究為MOF模塊化設計的先驅探索，為高性能Li-S電池的正極和負極宿主材料的挑戰提供了解決方案，為多功能材料的未來創新提供了基礎，為Li-S電池的進步做出了貢獻，并為各種能量存儲系統領域帶來了廣泛的啟示。

文獻信息

標題：All-purpose redox-active metal-organic frameworks as both cathodic and anodic host materials for advanced lithium-sulfur batteries

期刊：Matter

DOI：10.1016/j.matt.2024.04.039

原創文章，作者：wang，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/05/20/7843f1fd0a/

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