钾−硫（K-S）电池具有理论重量能量密度高、成本低等优点，在下一代电池中具有广阔的应用前景。然而，其面临的主要的障碍是缓慢的K₂S氧化动力学，以及对K₂S氧化机制缺乏原子水平的了解。

近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授，清华大学王海辉教授报道了提出了一种用于高效催化氧化K₂S的Co单原子硫载体，以展示优异的K−S电池性能。

文章要点

1）为了考察表面中心对K₂S氧化的催化作用，研究人员合成了一系列硫载体，包括掺氮碳（NC）上的Co单原子（SA-NC）、NC和NC负载的Co纳米颗粒（Co-NC）。与S@NC和S@Co-NC相比，S@SA-NC的活性硫含量高达56.8%，这是由于三种硫载体的比表面积不同所致。

2）通过密度泛函理论（DFT）计算和同步加速器X射线衍射测量的合理结合，研究人员首次证实了动态Co−S和N−K相互作用的一种新的协同效应促进K−S键解离，从而加速了K₂S的氧化动力学。

3）所制得的K−S电池在1 C和2 C的大电流密度下的容量分别为773 mAh g⁻¹和535 mAh g^-1。

这一新的机理拓展了电化学过程中硫氧化还原动力学的化学研究，并激励人们进一步探索用于先进能源相关系统的高效电极材料。

参考文献

Chao Ye, et al, Catalytic Oxidation of K₂S via Atomic Co and Pyridinic N Synergy in Potassium−Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c06255

https://doi.org/10.1021/jacs.1c06255