基于C2N的单原子催化剂用于Na-S电池中的硫阴极:一项第一原则研究
Wanlin Xu1,2, Tengrui Feng1,2, Jiezhen Xia1,2
1Department of Physics, College of Science, Tibet University, Lhasa 850000, China. wuqi@utibet.edu.cn.
Physical chemistry chemical physics : PCCP
|May 20, 2024
概括
基于C2N的单原子催化剂 (SAC),特别是V@C2N,通过加强聚硫化物结合和降低能量障碍,以加快充电,有效地抑制硫电池中的穿效应.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 催化剂是一种催化剂.
背景情况:
- 硫电池 (NaSB) 面临商业化障碍,原因是多硫化物 (NaPS) 的穿效应,硫阴极导电性差,反应动力慢.
- 溶解的高阶聚硫化物 (NaPSs) 导致容量衰减和电池寿命缩短.
研究的目的:
- 研究基于C2N的单原子催化剂 (SAC),特别是TM@C2N (TM=Fe,Ni,V),用于提高硫电池的性能.
- 分析这些SAC对硫 (S8) 和NaPSs的定行为和催化活性.
主要方法:
- 使用第一原则计算来研究S8和NaPSs在原始C2N和TM@C2N基板上的吸附.
- 进行了状态密度 (DOS) 分析,以了解电子特性和催化机制.
- 计算评估了定行为,结合能,充电/放电的能量障碍以及Na+离子迁移.
主要成果:
- 与原始C2N相比,TM@C2N基板在捕获S8/NaPS方面表现出更强的能力,V@C2N表现出最强的结合 (-2.37至-5.03 eV).
- 通过通过VD轨道和Sp轨道相互作用削弱Na-S键,V@C2N显著降低了充放电能量障碍和Na+离子迁移率.
- 聚硫化物吸附后,催化剂的金属特性保持不变,V@C2N催化剂有效地抑制了穿效应,同时促进了Na2S解离.
结论:
- V@C2N作为硫电池的高效单原子催化剂,解决了关键性能限制.
- 该研究提供了对V@C2N如何减轻穿效应和加速反应动力学的机制理解.
- 这项工作为为下一代硫电池设计先进的SAC提供了宝贵的见解.
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