许国保副教授，王钢副教授CEJ观点：项链状UiO-66/ACNT结构与电子的协同调节策略促进锂硫电池中多硫化物的催化转换

第一作者：李雪

通讯作者：王钢*，许国保*

单位：湘潭大学

近日，来自湘潭大学的许国保副教授和王钢副教授合作，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Synergistic engineering of structural and electronic regulation in necklace-like UiO-66/ACNT structure toward lithium-sulfur batteries with fast polysulfide redox”的观点文章。

该观点文章分析了UiO-66 纳米颗粒尺寸和酸处理碳纳米管（UiO-66/ACNT）组成的项链状结构对多硫化锂的吸附和催化转化的影响，同时研究了热处理导致的去羟基化结构的UiO-66对多硫化锂的作用。随后根据实验和密度泛函理论计算得出，改进后的UiO-66/ACNT结构通过暴露更多的活性位点，有效地提供了捕获多硫化物的极性，并有效地提高了多硫化物转化的电催化活性。此外，系统的电催化动力学、原位拉曼光谱和原位阻抗分析表明，功能隔膜可以抑制穿梭效应，催化多硫化锂的转化。这项研究为通过协同工程合理设计基于UiO-66的金属有机框架 (MOF) 以制造高性能锂硫电池提供了方向。

通过在材料制备过程中调节调节剂（醋酸）的含量，在预酸化碳纳米管上制备出不同尺寸的UiO-66颗粒/预酸化碳纳米管复合材料。通过电解液的接触角实验、Li₂S沉积实验及形貌等结果分析，小尺寸UiO-66/ACNT复合材料相较于大尺寸UiO-66复合材料具有更小的接触角和更快Li₂S响应时间，同时形成的Li₂S形貌构建了电解液/导电基底/Li₂S的三相界面，有利于多硫化锂的氧化还原反应进程。说明在一维碳材料中构建的小尺寸的UiO-66具有更优异的催化转化性能，同时对于锚定在UiO-66上的多硫化锂具有更快的电子输运能力，加速了其电化学反应动力学。

通过TGA（热重分析）曲线得到UiO-66在结构被破坏之前会经历DMF，水分子的除去和金属团簇去羟基化的过程。金属团簇中Zr的配位数从八配位转变为七配位，同时增加了比表面积，使得其暴露出了更多的活性位点。提高了整体对多硫化锂的吸附性能。从BET分析、接触角实验、Li₂S沉积实验和Li₂S沉积形貌等分析，去羟基化的进行改善了UiO-66的比表面积，电解液的浸润性，对多硫化锂的催化转化能力和Li₂S的三相界面等。这是较少在锂硫电池中被研究的。

通过调节复合材料中UiO-66的颗粒尺寸大小，缩短锚定在UiO-66上多硫化锂的氧化还原跳跃路径，从而加速了UiO-66内部的电荷传输过程。随后，通过一维碳纳米管桥联多个UiO-66颗粒的交联电子网络结构，从而可以通过碳纳米管收集电荷并进行传输，从而增强整体的电子电荷传输和多硫化锂的氧化还原反应动力学。通过不同颗粒尺寸复合材料对多硫化锂的催化转化实验的结果分析，小尺寸UiO-66的响应时间更短，多硫化锂的反应动力学更具有优势。

Synergistic engineering of structural and electronic regulation in necklace-like UiO-66/ACNT structure toward lithium-sulfur batteries with fast polysulfide redox

许国保简介：理学博士，湘潭大学副教授、硕导。研究方向为储能材料的微纳结构设计与机理研究，获得2020年湖南省“优秀博士论文”，主持国家自然科学基金青年项目，中国博士后面上项目，作为骨干参与国家联合基金等项目多项，在Adv. Funct. Mater.，Adv. Sci.，Samll.，J. Power Sources等国际学术杂志上发表40余篇学术论文，申请国家发明专利8项，授权3项。是Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.，Nano-Mirco Lett等国际期刊审稿人。

王钢简介：工学博士，湘潭大学副教授、硕导。2020年加入湘潭大学，副教授，研究方向为高比能锂金属负极界面调控与结构设计。在Angew. Chem. Int. Ed.、Nano-Mirco Lett.、Energy Storage Mater.、Adv. Funct. Mater.等国际期刊发表SCI论文40余篇，H因子为25，总引用次数超过2500次，申请国家发明专利14项，授权10项，PCT专利1项。