通过工程化调控空位的铈材料，实现了基于4f轨道的氧化还原催化作用，从而在锂硫电池中实现硫元素的双向转化

《Advanced Materials》：Vacancy-Engineered Ceria Enables 4f-Orbital-Driven Redox Catalysis for Bidirectional Sulfur Conversion in Li─S Batteries

氧空位工程CeO2/CNT复合材料通过调控Ce 4f轨道实现多硫化物电化学反应优化，提升锂硫电池循环寿命（743.2 mAh g?1@1000次）、倍率能力（5C）和能量密度。

　　

摘要

具有部分填充的4f轨道的氧化还原灵活性稀土催化剂能够实现硫电化学的轨道级调控。本文报道了一种通过氧空位工程改造的CeO₂/碳纳米管（O_v-CeO₂/CNT）复合材料，该复合材料被设计为商业隔膜上的顺应性催化层，用于调节锂硫（Li-S）电池中的多硫化物氧化还原反应。原位和体外表征结果，结合密度泛函理论（DFT）计算，表明氧空位能够动态调节Ce的电子环境，从而实现Ce³⁺(4f¹)/Ce⁴⁺(4f⁰)的可逆氧化还原循环以及界面电荷转移。这种由空位诱导的Ce-4f/S-3p与Li-2s/O-2p态之间的轨道杂化作用增强了LiPS的吸附能力，降低了Li₂S成核和分解的障碍，并促进了离子传输，从而加速了硫的双向转化并确保了氧化还原反应的可逆性。因此，所设计的电池在0.5C电流下经过1000次循环后仍具有优异的长期稳定性（743.2 mAh g^?1），同时具备高倍率性能（最高可达5C）和高能量密度。这项工作确立了4f轨道介导的缺陷工程作为一种可扩展且有效的策略，可用于设计高性能锂硫电池中的氧化还原调控催化剂。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。