1成果简介 
　　将具有极性的过渡金属氧化物与三维多孔碳材料结合，以发挥其协同效应，是解决锂硫电池（LSBs）商业化挑战的策略之一。本文，湘潭大学王先友教授、Hong Liu等研究人员在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊发表名为“NiCo2O4@Porous Graphene Aerogel: Synergistic Adsorption-Catalysis for Enhancing Polysulfide Conversion”的论文，研究提出协同生长策略以加速多硫化物的催化转化：将过渡金属尖晶石氧化物NiCo₂O₄（NCO）锚定于还原氧化石墨烯气凝胶（rGA）表面，形成分级结构的NiCo₂O₄@rGA复合材料，同时改变NCO负载量以探究其含量对循环性能的影响。
　　结果表明，NCO@rGA-13的比表面积为226 m² g⁻¹，高于rGA（133 m² g⁻¹），表明添加NCO可增加吸附和反应位点。此外，NCO@rGA-13/S阴极在1 C条件下初始放电比容量达1112 mAh g–1，经500次循环后仍保持722 mAh g–1的容量。原位紫外-可见光谱证实NCO@rGA-13的S₃.^–浓度高于rGA，表明该材料能加速多硫化物转化。因此，本研究提出了一种高效策略，可同时实现多硫化物的双重吸附与催化转化，这将有力推动液态硫电池的产业化进程。
　　2图文导读

  
　　图 1. Schematic synthetic route of NCO@rGA.

　　图2. (a, b) SEM micrographs of rGA; (c, d) SEM micrographs of NCO@rGA-13; (e–i) EDS element mapping images of NCO@rGA-13: (f) Co, (g) Ni, (h) C, and (i) O.

　　图3. (a, b) TEM images of NCO@rGA-13; (c) HRTEM image of NCO@rGA-13; (d) SAED image of NCO@rGA-13; (e–i) XPS spectroscopy images of NCO@rGA-13: (e) survey spectrum, (f) Co 2p, (g) Ni 2p, (h) O 1s, and (i) C 1s.

　　图4. (a) Raman spectrum image; (b) XRD pattern; (c) TGA pattern; (d,e) pore distribution curves and N2 isothermal adsorption/desorption curves of rGA and NCO@rGA-13; and (f) CV curves of the symmetrical LSB.

　　图5. (a) Ultraviolet–visible (UV–vis) spectra and optical images with attached Li2S6. (b–e) Constant voltage discharge curves of rGA, NCO@rGA-7, NCO@rGA-13, and NCO@rGA-18 electrodes using Li2S6 solution as the electrolyte. (f) EIS Nyquist plots. (g) Charge transfer impedances comparisons. (h) CV curves of four cathodes at 0.3 mV s–1. (i) CV curves of the NCO@rGA-13/S cathode across the first three cycles at 0.2 mV s–1.

　　图6. (a) Cycling performance at 1 C. (b) Cycling performance at 0.5 C. (c) Rate performance. (d) Rate performance of different cathodes with high sulfur loading. (e–h) Equivalent galvanostatic charge/discharge (GCD) curves of different cathodes.

　　图7. (a, d, g, j) In situ UV–vis spectroscopy of LSB with different cathodes: (a) rGA/S, (d) NCO@rGA-7/S, (g) NCO@rGA-13/S, (j) NCO@rGA-18/S. (b, e, h, k) Related constant current discharge curves with different cathodes: (b) rGA/S, (e) NCO@rGA-7/S, (h) NCO@rGA-13/S, (k) NCO@rGA-18/S. (c, f, i, l) Absorbance data of the dissolved LiPSs with different cathodes: (c) rGA/S, (f) NCO@rGA-7/S, (i) NCO@rGA-13/S, (l) NCO@rGA-18/S.
　　3小结 
　　通过水热共生长策略，成功在树枝状聚醚（rGA）基底上制备了尖晶石双金属氧化物NCO，并优化了NCO的负载量以提升铅酸电池（LSB）性能。rGA独特的3D多孔结构既作为高效硫宿主，又提供巨大比表面积，从而增大反应面积并对多硫化物穿梭运动产生物理约束效应。适量NCO可进一步提升比表面积并引入额外活性位点。本研究突破简单复合材料制备的局限，通过精细调控NCO在rGA上的质量负载量，揭示其对锂硫电池电化学性能的关键影响。
　　独特构型的NCO@rGA复合材料与优化负载量的协同作用，显著提升了锂硫化物固定化能力并促进其转化。相较于rGA，NCO@rGA-13展现出显著更高的比表面积和S3.–自由基浓度，这意味着该复合材料能提供更多聚硫化物吸附位点，拓展反应区域与活性位点，从而加速自由基生成以改善聚硫化物的氧化还原动力学。其中NCO@rGA-13/S正极展现出卓越的电化学性能。当NCO@rGA-13/S负载量处于中等水平时，其电化学性能达到最优。该负极在1 C条件下的初始比放电容量达1112 mAh g–1，经500次循环后容量保持率仍达65%，相当于每循环平均容量衰减率仅0.07%，证实其卓越的循环稳定性。此外，该正极在0.1C时释放1558 mAh g–1的放电容量， 在0.1 C至2 C再回0.1 C的循环中容量保持率达1102 mAh g–1。由此可见，金属氧化物在rGA表面协同生长策略能显著提升低锰锂电池的综合电化学性能，为该电池的实际应用提供了重要参考。
　　文献：