揭示单原子钴催化剂与空心碳球之间的协同作用，以提高锂硫电池的性能

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Revealing the synergy of single-atom cobalt catalysts with hollow carbon spheres for enhanced lithium–sulfur battery performance

锂硫电池中空心碳负载钴单原子催化剂的制备及其协同效应显著提升锂多硫化物吸附能力与循环稳定性，在2C倍率下仍保持1146.6 mAh·g?1容量，500次循环容量衰减仅0.086%/次。

　　

摘要

锂硫（Li–S）电池的理论能量密度高达2600 Wh·kg^?1，使其成为未来先进储能系统的一个极具吸引力的选择。然而，锂多硫化物（LiPSs）相关的转化动力学缓慢以及“穿梭效应”等问题严重阻碍了其实际应用。在本文中，我们提出了一种制备空心碳球支撑的钴单原子催化剂（Co–N–C）的新方法。这种新合成方法利用富含酰亚胺（–RC=N–）聚合物的前驱体实现热解 coordination。该方法不仅提高了LiPS的吸附能力和催化活性，还显著减弱了“穿梭效应”，同时制备出了具有优异导电性、丰富空心结构和高比表面积的Co–N–C，从而有效捕获并限制了LiPS中间体的运动。分散的钴单原子催化剂（Co SACs）被固定在高导电性的氮掺杂碳骨架上，并形成了对称的N- coordination活性位点（Co–N₄），确保了LiPS和Li₂S₂/Li₂S固态产物的快速氧化还原反应。以Co–N–C作为硫载体的锂硫电池在0.5 C的放电速率下表现出1146.6 mAh·g^?1的优异放电容量，并在2 C的高放电速率下仍保持良好性能。经过500次循环后，容量衰减率仅为每循环0.086%，显示出出色的长期循环稳定性。本研究强调了单原子钴催化剂与空心碳球之间的协同效应在提升锂硫（Li–S）电池效率方面的关键作用，同时为高活性单原子催化剂的制备提供了宝贵见解。当锂多硫化物嵌入空心碳结构中时，其催化转化效率显著提高，这为优化下一代Li–S电池的电化学性能提供了重要策略。