金屬酞菁 (Pc) 配合物由于其可調(diào)的性質(zhì)和獨(dú)特的 π 電子結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是有前途的功能有機(jī)材料。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但聚合物金屬 Pc 在鋰硫 ( Li? S) 電池中的應(yīng)用仍有待探索。在此，這項(xiàng)工作展示了三乙二醇連接劑(TCP)的多功能聚合鈷Pc的分子設(shè)計(jì)，其可以為Pc中心的Co離子提供氧化還原中介能力，N原子與Li的強(qiáng)極性相互作用，以及用于高效Li- S電池的仿冠醚親石位點(diǎn)。結(jié)果表明，TCP/MCs中的TCP由于具有氧化還原介導(dǎo)能力，促進(jìn)了LiPS的吸收和轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，而TCP/MCs的TEG連接物中含有親石位點(diǎn)，可結(jié)合Li離子。此外，TCP/MCs在放電過(guò)程中顯著增強(qiáng)了Li
2S的析出形貌，同時(shí)抑制了充電過(guò)程中含絕緣性S復(fù)合材料簇簇的持續(xù)形成。因此，S@TCP/MC電極在0.1和5.0 C(分別為1392.8和667.9 mA h g
−1)時(shí)具有出色的速率性能，具有較高的初始容量。S@TCP/MC電極循環(huán)性能穩(wěn)定，循環(huán)200次后容量衰減率為0.092%，容量保持率為81.5%。此外，即使在高S負(fù)載(6.6 mg cm
−2)下，S@TCP/MC電極在0.2℃時(shí)的初始容量為1032 mA h g
−1，對(duì)應(yīng)的面積容量為6.83 mA h cm
−2。
Fig 1. a) S@TCP /MCs電極合成示意圖。b) TCP/MC 的 STEM 圖像。c) TCP/MC 的邊界圖像取自 (b) 中紅色虛線矩形標(biāo)記的區(qū)域。d) 原始 MC 的邊界圖像。e) 對(duì)應(yīng)于 TCP/MC 的 STEM 圖像的元素映射圖像。
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Fig 2. a) UV-vis b) 拉曼和 c) TCP/MC、TCP 和 MC 的 FTIR 光譜。TCP/MC 的 d) Co 2p、e) N 1s、f) O 1s 和 g) C 1s 峰的高分辨率 XPS 圖。
Fig 3. a) Li
2S
6溶液吸附前后的紫外-可見(jiàn)光譜（插圖：上述溶液的光學(xué)圖像）。b) 包含 TCP/MC 的對(duì)稱單元與包含 MC 的單元相比的 CV 曲線。c,d) Li
2S
8溶液在TCP/MC 和MC 電極上的恒電位成核曲線（插圖：Li
2S 成核后TCP/MC 和MC 的SEM 圖像）。
Fig 4. a) 掃描速率為 0.1 mV s
-1 時(shí)的 CV 曲線，和 b) 與S@mTCP /MC和S@MC電極相比，S@TCP /MC 電極在 0.1 C 時(shí)的恒電流充放電曲線。c) S@TCP /MC、S@mTCP /MC 和S@MC電極在不同電流密度下的倍率性能。d)不同電流密度下的Q
L /Q
H比。e) 0.2 C、f) 1.0 C 和 g) 0.2 C 下的循環(huán)性能，含高 S 負(fù)載。
Fig 5. a) 液-固還原過(guò)程的 Tafel 圖（第二個(gè)陰極峰）。b) S@TCP /MC、S@mTCP /MC 和S@MC陰極的奈奎斯特圖。c)低頻區(qū)實(shí)際電阻（Z'）與角速度平方根倒數(shù)（ω
−1/2處）的關(guān)系。CV 曲線中 d) 第二個(gè)陰極峰和 e) 第一個(gè)陽(yáng)極峰處電流值與不同材料速率平方根的關(guān)系圖。f) S@TCP /MC、S@mTCP /MC 和S@MC正極的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。
Fig 6. DFT 計(jì)算 a) Li
2S
6吸附在 TCP 上的分子結(jié)構(gòu)和 b) TCP 位點(diǎn) 1-4處的鋰離子結(jié)合能與碳-接頭連接的 CoPc 位點(diǎn) 1-4 處的鋰離子結(jié)合能的比較。吸附Li
2S
6之前和之后 TCP/MC 的 c) Co 2p、d) N 1s 和 e) O 1s 峰的 XPS 圖。S@TCP /MC 電極 f) 循環(huán)前和 g) 100 次放電-充電循環(huán)后的 SEM 圖像。MCs 的 SEM 圖像 h) 循環(huán)前和 i) 100 次充放電循環(huán)后。
相關(guān)研究工作由香港理工大學(xué)Jeongyeon Lee和成均館大學(xué)Ho Seok Park課題組于2023年在線發(fā)表在《Advanced Energy Materials》期刊上，原文：Multifunctional Polymeric Phthalocyanine-Coated Carbon Nanotubes for Efficient Redox Mediators of Lithium–Sulfur Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
