锂硫电池

团队深入剖析了两种石墨烯针对硫化锂所展现出的电催化效应与限域效应，成功揭示出 Li₂S 的活化进程与石墨烯电催化作用之间此前未曾被认知的内在关联性，以及 Li₂S 的稳定性与石墨烯结构域之间的构效关联逻辑。其中，经特殊设计而构建的 Li₂S@graphene 正极呈现出核壳结构与 S─C 相互作用特性，其具备卓越的电催化活性与电化学可逆性，在实验过程中展出低过电位、高比容量以及优异的循环性能等显著优势。尤为关键的是，Li₂S@graphene 正极于各类电解质环境中均呈现出良好的化学相容性。

通过高速分散和涂覆，合成了具有致密扇贝状结构的独立 SPAN/RGO 薄膜。由于其独特的结构设计，该电极实现了高比容量，并在各种电流密度下表现出显著的循环稳定性。由石墨烯纳米片交错形成的石墨烯框架大大提高了电极的电子传导性，有利于活性材料完全参与电化学反应。此外，它还有助于缓解电极在循环过程中的结构变化，有效保护电极并确保循环稳定性。

由于 SG 的层间距和缺陷扩大，硫分子可通过球磨将其剥离成石墨烯型宿主。通过优化 S/SG 比率和球磨时间，制备的含硫量为 70 wt.% 的石墨烯/硫复合阴极显示出 1000 mAh g-1 的高容量。当硫含量达到 4.68 mg cm-2 时，石墨烯/硫阴极可在 400 次循环后保持 526 mAh g-1 的容量。这项研究为从锂电池中回收废石墨以重新用于锂-S 电池提供了一个新颖的变废为宝的视角。

这种方法展示了高水平的N掺杂（27atom % N），并在不放弃可扩展性和绿色化学原理的前提下提供了C-N键的模态可调性。在锂硫电池电解液中采用了不同氮含量和掺杂方式的掺氮石墨烯，以解决离子电导率低、多硫化锂 (LiPS) 穿梭和锂阳极不稳定等问题。研究发现，电解质中较高的氮含量和吡啶氮化石墨烯会对电池性能产生积极影响。

在这项研究中，研究者们通过将铜基金属有机框架（MOF）与石墨烯气凝胶（GA）结合，制造了一种自支撑的硫宿主材料，用于Li-S电池正极。MOF粒子不仅在催化GO还原反应中发挥作用，还在电化学催化中促进了SRR动力学，从而提高了电池的整体性能。实验和理论计算结果表明，MOF-GA电极具有较高的催化活性，能够实现更高的硫利用率和更低的容量衰减率。

研究首先开发了一种中空海胆状 Ni-Co MOF，并将其与还原氧化石墨烯（RGO）耦合，对商用聚丙烯隔膜进行了改性。锂-S 电池的电化学性能得到了很大改善。在0.1 C时，初始容量可达1385mAh g-1，在1C时循环300次后，容量仍能保持在680 mAh g-1（库仑效率为 89.3%），且每循环容量衰减率仅为0.036%。

与单一的 MXene 或石墨烯成分相比，异质结构中的MXene侧能更有效地锚定多硫化锂并抑制穿梭效应。然而，更重要的是，Ti2CS2-石墨烯异质结构能更有效地促进放电过程中的硫还原反应，并降低充电过程中Li的扩散阻力/Li+2S 的分解阻力，这有利于改善Li-S电池的迟滞动力学。这项研究表明，Ti2CS2-石墨烯异质结构可用作潜在的阴极宿主，并为锂-S电池阴极宿主的设计提供了理论指导。

研究者们设计了一种通用的合成策略，构建了一系列三维多孔石墨烯-铁基电催化剂（3DGr-FeP、3DGr-Fe3C和3DGr-Fe3Se4）并用于调控锂硫电池的电化学反应。所合成的催化剂中，三维多孔石墨烯可以形成良好的导电网络，而均匀分散的铁基纳米粒子可作为高活性的催化中心。这种有效集成促进了多硫化物的吸附和催化转化，从而提高了电池的整体电化学性能。