Азот в алюминиевом катализаторе замедляет спад Na

HFIPS: азот вместо кислорода в одноатомном алюминиевом катализаторе снижает уход полисульфидов

Китайские исследователи заменили один из четырёх атомов кислорода у одиночных атомов алюминия на азот; лабораторные натрий-серные батареи сохраняли стабильность тысячи циклов.

Исследовательская группа под руководством проф. WANG Hui совместно с проф. ZHENG Fangcai из Лаборатории сильных магнитных полей Хэфэйского института физических наук (HFIPS) Китайской академии наук разработала способ улучшить работу натрий-серных батарей за счёт изменения атомной структуры катализатора, сообщает english.hf.cas.cn english.hf.cas.cn. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie. Исследование выполнено на лабораторных батареях с модифицированным серным катодом.

Одноатомные катализаторы из металлов главных групп

Одноатомные катализаторы из металлов главных групп привлекательны для натрий-серных батарей, потому что они относительно недороги и малотоксичны english.hf.cas.cn. Однако их каталитическая активность остаётся ограниченной. Взаимодействие атомов p-металлов с полисульфидами натрия, образующимися при работе батареи, пока изучено не до конца english.hf.cas.cn.

Полисульфиды натрия — промежуточные соединения. Они могут уходить из серного катода, из-за чего электрод теряет реакционноспособный материал, а превращение серы затрудняется. Катализатор должен удерживать эти промежуточные продукты и ускорять реакции.

Азот на месте кислорода рядом с алюминием

Исследователи изменили атомную структуру вокруг отдельных атомов алюминия (Al). В исходной структуре каждый атом Al был окружён четырьмя атомами кислорода. Команда заменила один атом кислорода на азот, и вокруг каждого атома Al возникло асимметричное окружение из трёх атомов кислорода и одного атома азота english.hf.cas.cn.

Это изменило распределение электронов вокруг атомов Al и усилило их взаимодействие с полисульфидами натрия english.hf.cas.cn. Авторы описывают перенос электронов при адсорбции Na2S6 и p–p-гибридизацию орбиталей между одиночными атомами Al и полисульфидами. В результате из катода уходило меньше полисульфидов, а реакции, протекающие при работе батареи, шли эффективнее english.hf.cas.cn.

Батареи также сохраняли стабильную работу в течение тысяч циклов заряда и разряда, что, по мнению авторов, говорит о хорошем потенциале для долговечных натрий-серных батарей english.hf.cas.cn.

По словам авторов, результаты показывают важность локального атомного окружения для каталитической активности одноатомных катализаторов. Они также открывают новые возможности для создания эффективных катализаторов на основе металлов главных групп english.hf.cas.cn. Статья называется «Asymmetrically Coordinated p-Block Aluminum Single-Atom Sites for Stable Na─S Batteries».

HFIPS: азот вместо кислорода в одноатомном алюминиевом катализаторе снижает уход полисульфидов

Одноатомные катализаторы из металлов главных групп

Азот на месте кислорода рядом с алюминием

Источники · 2

Читайте также

Imperial College: изменение климата усилило ущерб от циклона «Арнаб» в Индии на 33%