科研成果

2021年11月4日，国际知名期刊《Nature Communications》在线发表了我院材料与能源学院徐茂文教授团队的最新研究成果“A Fe₃N/carbon composite electrocatalyst for effective polysulfides regulation in roomtemperature Na-S batteries”。该成果的第一完成单位为西南大学，我校博士后戚钰若为该论文的第一作者，徐茂文教授为最后通讯作者。

本篇论文报道利用细菌纤维素的多层网络结构，并采用氨气处理引入丰富的含氮官能团及多层级孔道结构，以实现高达85wt.%的载硫量，并且可以缓解硫的团聚及循环过程中的体积膨胀。此外，Fe₃N量子点及掺杂的N原子能提高碳纤维的电子电导，同时可以通过Na-N和Fe-S键对多硫化物表现出极强的亲和力，有效地抑制了多硫化物的穿梭。

DFT计算结果表明，Fe₃N对Na₂S表现出极强的分子吸附，能将其有效锚定，而Fe₃N对其他高阶多硫化物发生解离吸附过程，能够提高电池的反应动力学，减少多硫化物溶解，从而提高循环性能。AIMD模拟显示，在解离过程中，Na₂S₈的所有S原子在~9.53 ps内吸附在Fe₃N表面，Na₂S₈分子完全解离，S原子和Fe₃N之间形成新的键合作用。

基于以上设计，即使在硫负载量为85wt.%的情况下，该钠硫电池表现出优异的电化学性能。并且，在较低的电解液体积/硫质量比（7.27 uL mg-1）时，可逆比容量仍然能达到810 mA h g−1。更值得一提的是，该正极可用作自支撑电极，Fe₃N-NMCN基质也可推广到其他多电子氧化还原材料中。

该工作是徐茂文教授团队继2020年发表在Nature Communications (2020, 11, 5242)有关室温钠硫电池的又一研究成果。该研究工作得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金、中央高校基本业务费的资助。澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授和美国麻省理工学院陈育明博士为本文的共同通讯作者。理论计算部分主要由麻省理工学院的李庆杰博士合作完成。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26631-y