設計用于促進非質子電化學的高性能電催化劑對于驅動壽命較長的鋰硫電池至關重要。然而，關于探測電催化耐久性和保護催化劑活性的研究仍然難以捉摸。在這里，提供共形石墨烯鏈的三元石墨烯-TiO2/TiN（G-TiO2/TiN）異質結構是一種有效且穩健的電催化劑，用于加速硫氧化還原動力學。G-TiO2/TiN異質結構協同吸附性TiO2、催化性TiN和導電石墨烯裝甲，從而為多硫化物提供豐富的錨定點和持續的活性位點，從而實現平穩的雙向電催化。令人鼓舞的是，原位制作的石墨烯鏈確保了對內部TiO2/TiN的有利保護，以保持其對耐久硫化學的催化穩定性。正如預期的那樣，由三元G-TiO2/TiN介導的硫正極獲得了令人印象深刻的倍率性能（5.0 C時為698.8 mAh g
-1）、良好的循環穩定性（1000次循環內每個循環的低衰減為0.054%）和在升高負載下令人滿意的面積容量（在 10.4 mg cm
-2的硫負載下提供 8.63 mAh cm-2）。三元異質結構設計提供了對電催化劑操作和長壽命鋰硫電池保護的深入了解。
Figure 1. a) G-TiO2/TiN三元異質結構的合成示意圖。b) G-TiO2/TiN三元異質結構在硫化學中的作用示意圖。G-TiO2/TiN 三元異質結構的 c) SEM和 d) HRTEM圖像。e) G-TiO2/TiN三元異質結構的相應元素圖。比例尺：500 nm (c)、5 nm (d) 和 100 nm (e)。
Figure 2. a) G-TiO2/TiN@S、TiO2/TiN@S和TiO2@S陰極的典型CV曲線。b,c) Tafel 圖。d) 3 mV s-1 和 e) 50 mV s-1下，對稱電池的CV曲線。f) 恒電位放電曲線。g) SEM 圖像。比例尺：5 µm (g)。
Figure 3. a)倍率性能。在 b) 0.3、c) 2.0 和 5.0 C下的循環性能。d) 原位XRD研究的測試裝置示意圖。e) G-TiO2/TiN@S陰極在0.3 C時的第一次放電曲線。f) G@S和G-TiO2/TiN@S作為正極時，負極側的 Li2S 相演變。
Figure 4. a) 0.1 C下，G-TiO2/TiN@S正極的循環性能。b) 0.5 C和1.0 C下，G-TiO2/TiN@S 正極的循環性能。c) G-TiO2/TiN@S正極在0.05 C下的循環性能。d) G-TiO2/TiN@S正極的橫截面 SEM 圖像和相應的元素圖。e) 與其他報道的鈦基硫主體相比，高負載G-TiO2/TiN@S正極的面積容量。f-h) 演示處于各種彎曲狀態以連續點亮LED指示燈的Li-S軟包電池。比例尺：100 µm (d)，插圖：150 µm。
相關研究成果于2021年由蘇州大學Jingyu Sun課題組，發表在Adv. Funct. Mater.（DOI: 10.1002/adfm.202100586）上。原文：A Robust Ternary Heterostructured Electrocatalyst with Conformal Graphene Chainmail for Expediting Bi-Directional Sulfur Redox in Li–S Batteries。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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