Li-S電池中共價(jià)有機(jī)骨架 (COF) 的催化在很大程度上受到弱化學(xué)相互作用和低電導(dǎo)率的阻礙。在此，在碳納米管（CNT）表面上原位制造了一種新型的基于二酮吡咯并吡咯(DPP)的COF（表示為COF@CNT），以通過(guò)其強(qiáng)化學(xué)相互作用和高導(dǎo)電性揭示電催化活性。我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)引入適當(dāng)含量的CNT（66 wt%），可以最大限度地提高DPP-COF的電催化活性。通過(guò)DFT計(jì)算、XPS、傅里葉變換紅外光譜和拉曼在內(nèi)的分析表明，DPP部分可以介導(dǎo)由C=O/C-O鍵合轉(zhuǎn)化所貢獻(xiàn)的多硫化物的轉(zhuǎn)化。因此，改進(jìn)后的鋰硫電池在1000次循環(huán)后顯示出0.042% 的衰減率，并在10 mg cm
-2 硫負(fù)載和貧電解液（E/S = 5）下實(shí)現(xiàn)了8.7 mAh cm
-2的理想容量。這項(xiàng)工作為為發(fā)展擔(dān)載于基底上的COF復(fù)合材料（COF@support）用于各種電催化應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)和幫助。
Figure 1. COF@CNTs的理化參數(shù)。(a) Py-DPP-COF的實(shí)驗(yàn)和模擬PXRD圖案。 (b) Py-DPP-COF的固態(tài)13 C NMR譜。(c) Py-DPP-COF在77 K下的N
2吸附曲線(xiàn)（插圖是孔徑分布曲線(xiàn)）。(d) Py-DPP-COF的HR-TEM圖像（插圖中突出顯示了孔）。(e-i)分別為COF16 (e)、COF33 (f)、COF50 (g)、COF66 (h)和COF83 (i)的 SEM圖像。
Figure 2. (a)Py-DPP-COF和COF@CNT復(fù)合材料的電子電導(dǎo)率。(b) COF@CNT 改性電池的倍率性能。(c) COF66 改性電池的放電-充電曲線(xiàn)。(d) Py-DPP-COF正極在0.1 A g
-1電流下的循環(huán)性能。(e) 0.5C下的循環(huán)性能（插圖是所選循環(huán)的放大圖片）。COF50、COF66 和 COF83 改性電池的CV曲線(xiàn)（f）和長(zhǎng)期循環(huán)性能（g）。
Figure 3. 催化性能。(a)對(duì)稱(chēng)電池在 20 mV s
-1掃描速率下的CV測(cè)試。(b)Li
2S成核的2.05 V恒電位放電測(cè)試。在0.1 mV s
-1的掃描速率下，COF@CNT改性電池的還原過(guò)程（c）和氧化過(guò)程（d）的LSV曲線(xiàn)；插圖是相應(yīng)的Tafel圖。PyDPP-COF的LUMO (e)和最高占據(jù)分子軌道(f)構(gòu)型。 (g) DPP@CNT和CNT襯底上從S
8到Li
2S放電過(guò)程的能量分布（插圖：中間體的優(yōu)化吸附結(jié)構(gòu)）。(h) DPP@CNT襯底上Li
2S簇分解的能量分布（插圖：初始、過(guò)渡和最終結(jié)構(gòu)）。
Figure 4. 機(jī)制檢測(cè)。(a) S 2p在放電狀態(tài)（上）和充電狀態(tài)（下）下的XPS光譜。 (b) COF66改性電池在0.1C電流下的放電-充電曲線(xiàn)，標(biāo)有a-j的點(diǎn)表示FT-IR 光譜的不同狀態(tài)，收集在右側(cè)。(c)原位拉曼檢測(cè)示意圖。(d)多硫化物（Li
2S
n，n =4、5、6和8）的模擬拉曼光譜。分別帶有Celgard (e，f)和COF66改性(g，h)隔膜的電池的原位拉曼圖像和選定的拉曼信號(hào)。(e，g)中的紅色曲線(xiàn)是具有不同隔膜的電池的電壓曲線(xiàn)。
Figure 5. 電池性能。(a)硫負(fù)載分別為2.2、3.6和5.8 mg cm
-2時(shí)電池的循環(huán)性能。 (b) Li-S電池的初始放電-充電曲線(xiàn)。(c)在 0.1C 下 10 mg cm
-2 硫負(fù)載的循環(huán)性能。參考S7-S21 (d)和參考S22-S32 (e)的COF/MOF 改性隔膜在硫主體方面的電池性能比較。
相關(guān)研究成果由北京理工大學(xué)Renjie Chen課題組以及華東理工大學(xué)Dongfang Niu、Shuhao An課題組于2021年發(fā)表在《ACS Energy Letters》（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c00943）上。原文：A Highly Conductive COF@CNT Electrocatalyst Boosting Polysulfide Conversion for Li-S Chemistry。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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