2021年11月4日，國際知名期刊《Nature Communications》線上發表了西南大學資料與能源學院徐茂文教授團隊的最新研究成果“A Fe3N/carbon composite electrocatalyst for effective polysulfides regulation in roomtemperature Na-S batteries”。該成果的第一完成單位為西南大學，我校博士後戚鈺若為該論文的第一作者，徐茂文教授為最後通訊作者。
本篇論文報導利用細菌纖維素的多層網絡結構，並採用氨氣處理引入豐富的含氮官能團及多層級孔道結構，以實現高達85wt.%的載硫量，並且可以緩解硫的團聚及迴圈過程中的體積膨脹。此外，Fe3N量子點及摻雜的N原子能提高碳纖維的電子電導，同時可以通過Na-N和Fe-S鍵對多硫化物表現出極强的親和力，有效地抑制了多硫化物的穿梭。
DFT計算結果表明，Fe3N對Na2S表現出極强的分子吸附，能將其有效錨定，而Fe3N對其他高階多硫化物發生解離吸附過程，能够提高電池的反應動力學，减少多硫化物溶解，從而提高迴圈效能。AIMD類比顯示，在解離過程中，Na2S8的所有S原子在~9.53 ps內吸附在Fe3N表面，Na2S8分子完全解離，S原子和Fe3N之間形成新的鍵合作用。
基於以上設計，即使在硫負載量為85wt.%的情况下，該鈉硫電池表現出優异的電化學效能。並且，在較低的電解液體積/硫質量比（7.27 uL mg-1）時，可逆比容量仍然能達到810 mA h g−1。更值得一提的是，該正極可用作自支撐電極，Fe3N-NMCN基質也可推廣到其他多電子氧化還原資料中。
該工作是徐茂文教授團隊繼2020年發表在Nature Communications（2020，11，5242）有關室溫鈉硫電池的又一研究成果。該研究工作得到國家自然科學基金、重慶市自然科學基金、中央高校基本業務費的資助。澳大利亞悉尼科技大學汪國秀教授和美國麻省理工學院陳育明博士為本文的共同通訊作者。理論計算部分主要由麻省理工學院的李慶傑博士合作完成。
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https://doi.org/10.1038/s41467-021-26631-y