化学化工学院陈嘉嘉教授课题组与董全峰教授课题组合作，在锂硫电池正极催化研究方面取得新进展。相关研究成果以“Single-dispersed Polyoxometalate Clusters Embedded on Multilayer Graphene as a Bifunctional Electrocatalyst for Efficient Li-S Batteries”为题发表在Nature Communications期刊（DOI : 10.1038/s41467-021-27866-5）。
高效的正极催化体系设计能够有效缓解锂硫电池可溶性多硫化物中间体的穿梭效应和反应动力学迟缓等问题。作为一种理想的分子模型催化剂，杂多酸团簇（Polyoxometalates, POMs）具有明确的分子组成和化学结构，对于理解活性金属原子的配位环境、电子结构以及催化机理具有重要意义。例如，缺位POMs能够提供不饱和位点，配位并稳定活性金属原子。然而，POM团簇分子通常导电性低，易团聚，限制了电催化反应中的电荷转移过程。该工作通过静电组装的合成方法，以带正电荷的聚(乙烯亚胺)为连接剂，将[Co4(PW9O34)2]10- ({Co4W18})团簇以单分子状态均匀锚定在还原氧化石墨烯(rGO)上，形成{Co4W18}/rGO复合物。{Co4W18}团簇分子中暴露的大量不饱和的钴位点，能显著增强复合材料对多硫化物的吸附，并降低多硫化物转化反应的活化能，通过“吸附-活化”双功能催化效应，促进放电产物Li2S的沉积与氧化。研究者将该模型电催化剂应用于锂硫软包电池，初步探索了其在接近实际电池状态下的性能。
该项研究由陈嘉嘉教授和董全峰教授共同指导完成，化学化工学院博士后雷杰为第一作者，博士生樊孝祥、刘婷、徐攀、侯晴和李科参与了部分工作。同时，该工作得到郑明森教授和袁汝明副教授的帮助和指导。研究工作得到国家自然科学基金委创新研究群体(22021001)，国家自然科学基金(21975211、U1805254、U1705255、21773192、22072117)，中央高校基本科研业务费专项资金(20720190035)，厦门大学“南强青年拔尖人才计划”的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27866-5