锂硫（Li-S）电池由于其高能量密度和低成本的原材料被认为是下一代电化学储能系统的候选电池。然而，多电子硫氧化还原反应迟缓是导致锂硫电池大部分问题的根本原因。
有鉴于此，北京理工大学陈人杰教授报道了一种基于金属有机骨架的具有层次化多孔纳米多面体结构（CS@HPP）的高效CoSe电催化剂(CS@HPP)，作为锂硫电池的硫基质。
文章要点
1）研究人员基于ZIF化学构建CS@HPP。首先，通过硝酸钴和2-甲基咪唑在甲醇溶剂中的自组装，合成了纳米结构的3DZIF-67分子筛。在ZIF-67前驱体中，Co原子均匀地连接到咪唑上，从而获得了均匀的元素分布。然后采用一锅法碳化-硒化策略，将前驱体原位化学转化为CS@HPP。此外，为了使催化效果最大化，研究人员将纳米结构CS@HPP集成在高导电碳布（CC）上，为电荷转移提供了快速的电子和离子通道。
2）FESEM、TEM和HAADF-STEM图像显示了结构精准的多孔多面体纳米结构。空心CS@HPP不仅可以缓解锂离子交换过程中的体积膨胀，而且可以作为催化LiPSs转化的纳米反应器。EDS元素图谱显示，Co、Se、C和N在CS@HPP内分布均匀。SAED显示CS@HPP衍射环与CoSe的(101)、(102)和(100)晶面相对应，表现出良好的结晶特性。HRTEM也清楚地观察到CS@HPP的晶体，其0.31 nm的晶格条纹对应(100)晶面。X射线衍射(XRD)结果表明CS@HPP具有相同的晶体结构。此外，计算得到的CoSe态密度在费米能级上没有能隙，表明了其金属性质，这有助于实现LiPS和CoSe之间的快速电子转移动力学。
3）CS@HPP具有较高的结晶质量和丰富的反应活性中心，能催化多硫化物的捕获/扩散和Li2S的沉淀/分解。
4）CS@HPP硫正极具有1634.9 mAh g-1的优异容量、高倍率性能和长循环寿命，在1200次循环中容量衰减率仅为0.04%。在碳布骨架（CC@CS@HPP）上进一步制备了CoSe纳米多面体，利用其高电导率和大比表面积展示了其电催化活性。独立的CC@CS@HPP硫正极，硫负载量为8.1mAh cm-2，在贫电解质中可提供8.1mAh cm-2的高面积容量。
该研究工作对过渡金属基纳米材料结构催化工程的合理设计具有一定的启示作用。
Zhengqing Ye, et al, A High-Efficiency CoSe Electrocatalyst with Hierarchical Porous Polyhedron Nanoarchitecture for Accelerating Polysulfides Conversion in Li–S Batteries, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202002168
https://doi.org/10.1002/adma.202002168
