改性隔膜被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)高性能鋰硫電池的有效策略，然而大多數(shù)改性層都過厚，催化活性位點(diǎn)主要位于材料內(nèi)部。這種結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響了Li+的輸運(yùn)和多硫化物的有效催化轉(zhuǎn)化，因此迫切需要開發(fā)一種集超薄設(shè)計(jì)、催化活性和離子篩選能力于一體的多功能隔膜。

在此，福建師范大學(xué)張章靜、程志斌等人成功地將TCPP（Ni）作為二級配體與Zr-BTB納米片連接，創(chuàng)建了具有高效離子篩分和催化性能的超薄隔膜修飾層（Zr-TCPP(Ni)）。由此產(chǎn)生的多功能隔膜提供強(qiáng)大的離子篩選能力，促進(jìn)Li+快速運(yùn)輸和攔截多硫化物穿梭。該研究成果中福建師范大學(xué)為唯一通訊單位，文章的第一作者是化學(xué)與材料學(xué)院程志斌副教授和陳逸陽碩士生。基于此，Zr-TCPP(Ni)@PP電池在高3 C循環(huán)400次后仍能保持其初始容量的79.45%，即使在0.5 C高硫含量為80 wt%的情況下，也能獲得優(yōu)異的4.55 mA h cm-2面容量。

圖1. 電池性能

總之，該工作通過二級配體的固定化制備了Zr-TCPP（Ni）納米片，并應(yīng)用于PP隔膜的一側(cè)，形成為高性能Li-S電池量身定制的超薄且堅(jiān)固的涂層。研究顯示，超薄的Zr-TCPP（Ni）修飾層能夠形成無邊界結(jié)構(gòu)、均勻的孔道和暴露的吸附/催化位點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使改性隔膜能夠?qū)崿F(xiàn)Li+的快速輸送，有效的多硫化物攔截和快速催化轉(zhuǎn)化。基于此，該多功能隔膜顯著提高了Zr-TCPP(Ni)@PP電池的電化學(xué)性能，即使在高硫含量下也表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率能力和顯著的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，該工作為設(shè)計(jì)多功能MOFs基隔膜開辟了新途徑，旨在實(shí)現(xiàn)高性能鋰電池。

圖2. 機(jī)制研究

Interface Engineering of MOF Nanosheets for Accelerated Redox Kinetics in Lithium‐Sulfur Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202421726