設(shè)計用于促進非質(zhì)子電化學(xué)的高性能電催化劑對于驅(qū)動壽命較長的鋰硫電池至關(guān)重要。然而，關(guān)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(zhì)結(jié)構(gòu)是一種有效且穩(wěn)健的電催化劑，用于加速硫氧化還原動力學(xué)。G-TiO2/TiN異質(zhì)結(jié)構(gòu)協(xié)同吸附性TiO2、催化性TiN和導(dǎo)電石墨烯裝甲，從而為多硫化物提供豐富的錨定點和持續(xù)的活性位點，從而實現(xiàn)平穩(wěn)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(nèi)部TiO2/TiN的有利保護，以保持其對耐久硫化學(xué)的催化穩(wěn)定性。正如預(yù)期的那樣，由三元G-TiO2/TiN介導(dǎo)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(huán)穩(wěn)定性（1000次循環(huán)內(nèi)每個循環(huán)的低衰減為0.054%）和在升高負(fù)載下令人滿意的面積容量（在 10.4 mg cm
-2的硫負(fù)載下提供 8.63 mAh cm-2）。三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)結(jié)構(gòu)的合成示意圖。b) G-TiO2/TiN三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)在硫化學(xué)中的作用示意圖。G-TiO2/TiN 三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 c) SEM和 d) HRTEM圖像。e) G-TiO2/TiN三元異質(zhì)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)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(huán)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(fù)極側(cè)的 Li2S 相演變。
Figure 4. a) 0.1 C下，G-TiO2/TiN@S正極的循環(huán)性能。b) 0.5 C和1.0 C下，G-TiO2/TiN@S 正極的循環(huán)性能。c) G-TiO2/TiN@S正極在0.05 C下的循環(huán)性能。d) G-TiO2/TiN@S正極的橫截面 SEM 圖像和相應(yīng)的元素圖。e) 與其他報道的鈦基硫主體相比，高負(fù)載G-TiO2/TiN@S正極的面積容量。f-h) 演示處于各種彎曲狀態(tài)以連續(xù)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(guān)研究成果于2021年由蘇州大學(xué)Jingyu Sun課題組，發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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