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郭再萍/王佳兆AFM：乙醇有機(jī)催化劑助力電化學(xué)過(guò)程中Li2S快速氧化

化工界一直致力于尋找高效、廉價(jià)、可持續(xù)的電催化劑，以利用可持續(xù)能源產(chǎn)生的能量。

基于此，澳大利亞伍倫貢大學(xué)郭再萍教授和王佳兆教授等人報(bào)道了一種綠色廉價(jià)的乙醇有機(jī)催化劑，其能在Li₂S正極的電化學(xué)反應(yīng)中高效催化Li₂S的氧化。

研究表明，大量的小分子有機(jī)催化劑將為電化學(xué)化學(xué)家提供一個(gè)有效的工具，以加速電化學(xué)反應(yīng)，否則無(wú)法達(dá)到的效率和精度。

通過(guò)DFT計(jì)算，作者分析了乙醇分子鍵合S物種的結(jié)合能、靜電電位（ESP）分布和Li解離反應(yīng)自由能。乙醇分子與Li₂S、Li₂S₂、Li₂S₄、Li₂S₆、Li₂S₈和S₈分子的結(jié)合能分別為-2.45、-1.85、-1.42、-1.28、-1.27和-0.23 eV。

在優(yōu)化后的乙醇-Li₂S、乙醇-Li₂S₂和乙醇-Li₂S₄結(jié)構(gòu)中，乙醇分子-OH基團(tuán)上的H原子與短鏈LiPSs中的S原子形成了強(qiáng)鍵合，因此乙醇與短鏈LiPSs（Li₂S、Li₂S₂和Li₂S₄）之間的結(jié)合能最高。

通過(guò)DFT計(jì)算進(jìn)行ESP等高線映射發(fā)現(xiàn)，Li₂S中的S原子具有高度親核性，而-OH中的H原子具有高親電性，促進(jìn)了Li₂S中的S原子與乙醇-OH中的H原子成鍵。

此外，乙醇-Li₂S中S原子的ESP變得更正電，表明乙醇分子從S中抽離了電子密度。原始Li₂S中Li解離過(guò)程的反應(yīng)自由能為1.88 eV，而僅1.13 eV就足以使Li從乙醇-Li₂S絡(luò)合物中解離。

結(jié)果表明，綠色廉價(jià)的乙醇有機(jī)催化劑能夠在分子尺度上有效加速Li₂S氧化，克服Li₂S正極首次充電時(shí)的激活障礙，使基電池具有高能量密度。

A Green and Effective Organocatalyst for Faster Oxidation of Li₂S in Electrochemical Processes. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202212796.

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