Li-S電池中共價有機骨架 (COF) 的催化在很大程度上受到弱化學相互作用和低電導率的阻礙。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），以通過其強化學相互作用和高導電性揭示電催化活性。我們發現，通過引入適當含量的CNT（66 wt%），可以最大限度地提高DPP-COF的電催化活性。通過DFT計算、XPS、傅里葉變換紅外光譜和拉曼在內的分析表明，DPP部分可以介導由C=O/C-O鍵合轉化所貢獻的多硫化物的轉化。因此，改進后的鋰硫電池在1000次循環后顯示出0.042% 的衰減率，并在10 mg cm
-2 硫負載和貧電解液（E/S = 5）下實現了8.7 mAh cm
-2的理想容量。這項工作為為發展擔載于基底上的COF復合材料（COF@support）用于各種電催化應用提供經驗和幫助。
Figure 1. COF@CNTs的理化參數。(a) Py-DPP-COF的實驗和模擬PXRD圖案。 (b) Py-DPP-COF的固態13 C NMR譜。(c) Py-DPP-COF在77 K下的N
2吸附曲線（插圖是孔徑分布曲線）。(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復合材料的電子電導率。(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。(d) Py-DPP-COF正極在0.1 A g
-1電流下的循環性能。(e) 0.5C下的循環性能（插圖是所選循環的放大圖片）。COF50、COF66 和 COF83 改性電池的CV曲線（f）和長期循環性能（g）。
Figure 3. 催化性能。(a)對稱電池在 20 mV s
-1掃描速率下的CV測試。(b)Li
2S成核的2.05 V恒電位放電測試。在0.1 mV s
-1的掃描速率下，COF@CNT改性電池的還原過程（c）和氧化過程（d）的LSV曲線；插圖是相應的Tafel圖。PyDPP-COF的LUMO (e)和最高占據分子軌道(f)構型。 (g) DPP@CNT和CNT襯底上從S
8到Li
2S放電過程的能量分布（插圖：中間體的優化吸附結構）。(h) DPP@CNT襯底上Li
2S簇分解的能量分布（插圖：初始、過渡和最終結構）。
Figure 4. 機制檢測。(a) S 2p在放電狀態（上）和充電狀態（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，標有a-j的點表示FT-IR 光譜的不同狀態，收集在右側。(c)原位拉曼檢測示意圖。(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。(e，g)中的紅色曲線是具有不同隔膜的電池的電壓曲線。
Figure 5. 電池性能。(a)硫負載分別為2.2、3.6和5.8 mg cm
-2時電池的循環性能。 (b) Li-S電池的初始放電-充電曲線。(c)在 0.1C 下 10 mg cm
-2 硫負載的循環性能。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。
相關研究成果由北京理工大學Renjie Chen課題組以及華東理工大學Dongfang Niu、Shuhao An課題組于2021年發表在《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。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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