近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員劉健團隊與中國科學技術大學教授宋禮、悉尼科技大學副教授劉浩、教授汪國秀團隊合作，制備了N摻雜空心多孔碳負載Co單原子納米反應器（CoSA-HC）。該反應器作為鋰—硒電池正極表現(xiàn)出了較高的放電容量、優(yōu)越的倍率性能和極佳的循環(huán)穩(wěn)定性，其庫侖效率接近100%，為金屬—硫族電池（MCB）電極設計提供了新思路。
大連化物所發(fā)展了中空碳球負載Co單原子催化劑用于Li-Se電池正極材料
劉健團隊長期致力于深入研究微/納米反應器中的催化基礎理論，實現(xiàn)活性組分在納米反應器中的精準定位。前期工作中，該團隊與吳忠?guī)浹芯繂T團隊合作，發(fā)展了Fe1-xS納米顆粒負載的多孔碳球納米反應器，作為鋰—硫電池正極基體，實現(xiàn)了在0.5C的電流密度條件下，容量保持1070mAh/g循環(huán)200圈幾乎沒有衰減（Adv. Energy Mater., 2020）。Se正極具有優(yōu)異的電子導電性，與S正極的體積容量相當。然而，由于聚硒化物的穿梭效應，導致Se與Li的反應活性低，容量衰減快，阻礙了Li-Se電池的實際應用。
本工作中，科研人員借助單原子催化劑獨特的電子結構、最高的原子利用效率和優(yōu)異的催化性能，通過使用PVP修飾的PS作為模板、調(diào)節(jié)雙金屬ZnCo-ZIFs前驅(qū)體中的Co和Zn含量，成功合成了N摻雜空心多孔碳負載的Co單原子（CoSA-HC）納米反應器。CoSA-HC納米反應器中單原子Co位點可以有效激活硒的反應活性，固定硒和聚硒化物，中空結構可提供更多的活性位點及更大的電極/電解液接觸面積，并改善傳質(zhì)效果及抑制反應過程帶來的體積膨脹。
上述工作于近日發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。該工作得到中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金等項目的資助。
