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过渡金属催化剂在锂硫电池中的应用及催化机理研究

陈信, 王镜朝, 崔翔明, 周密, 王嘉楠, 延卫

化学进展, 2025, 37(5): 758-774. DOI: 10.7536/PC240713

Transition Metal Classification
Ferrous metal		Fe	Mn	Cr
Non-ferrous metal		Ti	Co	Ni	Cu	Zn	Cd
Noble metal		Au	Ag	Ru	Os	Rh	Ir	Pd	Pt
Rare refractory metal		W	Mo	Ta	Nb	V	Zr	Re	Hf
Rare earth metal	Light	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu
Rare earth metal	Heavy	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Se	Y
Radioactive metal		Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

表1 过渡金属分类表

本文的其它图/表

图1 （a）锂硫电池充放电机理示意图；（b）典型的锂硫电池充放电曲线（放电平台： S₈→Li₂S₆（2.4~2.06 V），Li₂S₆→Li₂S（2.06~1.8 V）；充电平台：Li₂S→Li₂S₈（2.4~2.7 V））
图2 过渡金属催化剂的分类及其在锂硫电池中的催化机理
表2 过渡金属催化剂应用于锂硫电池中的相关研究及电池性能汇总
图3 （a）异质结构材料STO@Fe的TEM图像，Sr、Ti、O、Fe元素对应的mapping图；（b）STO@Fe的时间电压曲线和原位拉曼等值线图；（c）SRR和SOR反应的催化机理示意图^[52]；（d）Fe-N₃C₂-C的合成示意图；（e）Fe-N₃C₂-C、Fe-N₄-C、Fe₂O₃和Fe箔的WT图；（f）含Fe-N₃C₂-C、Fe-N₄-C、NC的Li-S电池在0.5 C下的循环性能和倍率性能^[49]；（g）h-Mn-N-C改性隔膜的工作机理示意图和不同倍率下h-Mn-N-C催化剂的HAADF-STEM图像，（h）h-Mn-N-C对Li₂S₆的吸附能和（i）不同催化剂的CV曲线^[55]
图4 （a）SA-Cu@NCNF作为Li-S电池载硫体的合成过程示意图和Li₂S的沉积/解离过程；（b）SA-Cu@NCNF/S的充放电曲线及相应的原位XRD等高线图；（c）CNF、NCNF和SA-Cu@NCNF电极Li₂S的恒电位沉积曲线^[62]；（d）S-CNTs/Co的合成过程示意图；（e）CNTs和CNTs/Co对Li₂S₆的静态吸附实验；（f）CNTs/Co吸附的Li₂S₆和原始Li₂S₆的S 2p高分辨率XPS光谱^[66]；（g）ZnN₄-NC的ACTEM；（h）ZnN₄-NC的小波变换；（i）S@ZnN₄-NC阴极在0.1 C时的原位XRD图谱^[74]
图5 （a）S@CuIr/NC样品的合成示意图；（b）S@CuIr/NC、S@Cu/NC和S@NC电极在0.1 mV·s^-1时的CV曲线；（c）S@CuIr/NC、S@Cu/NC和S @NC电极在0.2 C时的恒流充放电曲线^[46]；（d）Li-S电池中TiO₂/Ru非均相界面上LiPSs的调节效应示意图；（e）TiO₂-Ru@S和TiO₂@S电极在0.2~4 C时的速率性能；（f，g）基于TiO₂-Ru@S电极的Li-S电池在（f）放电过程和（g）充电过程中的原位拉曼光谱^[77]；（h）Pd/OMC、Au/OMC、Pt/OMC、Rh/OMC、Ru/OMC和OMC催化电池在0.1 C电流密度下的恒流充放电曲线；（i）Li-S电池的穿梭常数^[34]
图6 （a）Mo@N-G合成示意图；对Mo@N-G/S电极在电池循环中的非原位XPS研究，（b）不同充放电状态下Mo@N-G/S电极，（c）不同充放电阶段下Mo 3d光谱，（d）不同充放电阶段下S 2p光谱^[78]
图7 过渡金属催化剂优化策略：（a）纳米结构化设计；（b）催化剂掺杂与改性；（c）过渡金属合金化；（d）催化剂外部包覆

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