Проектирование и картирование пути каскадного катализа для сбалансированной конверсии полисульфидов в Li–S аккумуляторах

Литий–сульфурные аккумуляторы в корне ограничены медленным 16-электронным восстановлением серы. Электрокаталитическое восстановление серы по своей природе сложно и включает множественные промежуточные литий-полисульфиды (Li2Sn, n = 2–8), каждый из которых имеет свои требования к адсорбции и активации, что приводит к несбалансированной конверсии полисульфидов и выраженному эффекту шунтирования. Хотя каскадный катализм был предложен как потенциальное решение, точный путь и его механистическая роль в регулировании конверсии полисульфидов остаются неясными. В данной работе мы выясняем и экспериментально подтверждаем полный каскадный путь восстановления серы на примере катализатора из дырчатого графена, кодопированного Fe, N и S. Расчёты на основе теории функционала плотности показывают, что атомы Fe предпочтительно связывают и активируют длинноцепочечные полисульфиды, тогда как N,S-C центры ускоряют превращение Li2S4 в Li2S2/Li2S. Такая специфическая синергия участков уравновешивает кинетику восстановления серы и подавляет накопление полисульфидов. Совместный кинетический анализ и операндная рамановская спектроскопия прямо демонстрируют, как синергетический каскадный катализм определяет путь реакции, модулирует ключевые промежуточные соединения и обеспечивает сбалансированную конверсию полисульфидов. В совокупности эти результаты утверждают каскадный катализм как стратегию дизайна электродов литий–сульфурных аккумуляторов, основанную на механистическом подходе, при которой регулирование пути реакции подавляет шунтирование полисульфидов и обеспечивает повышенную стабильность при циклировании.