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恭喜！LetPub助力IF 12.5 、材料科学一区期刊CEJ成功发表

已有 182 次阅读 2026-10-28 11:49 |系统分类:博客资讯

文章已发表在SCI期刊 Chemical Engineering Journal（最新SCI期刊分区：材料科学1区Top ，IF 12.5），评论可以沾沾好运~

标题为：Low-temperature sulfurization stabilizes polymerization-programmed La–N4S2 single-atom sites for accelerated solid–solid conversion in SPAN

要点

聚合编程的 La–N₄S₂ 单原子位点加速 SPAN 中的固–固转化。
低温硫化稳定了纳米花衍生框架内的孤立 La 位点。
La–N₄S₂ 基序增强局部极性和电子耦合，从而强化 Li₂Sₓ 相互作用。
在 4.5 mg cm⁻² 和 E/S = 10 μL mg⁻¹ 条件下，La2.5–FSPAN 经 100 次循环后仍保持 1328 mAh g⁻¹。
Law–FSPAN 表现出低极化、强倍率性能和长期循环耐久性。

摘要

硫化聚丙烯腈（SPAN）正极可抑制多硫化物穿梭，但在实际条件下仍受限于迟缓的固–固转化。在此，我们开发了一种聚合编程策略，将痕量 La 嵌入纳米花聚丙烯腈骨架（FPAN）中；其中 La 在聚合过程中通过与含 N 官能团的相互作用预先组织，随后经低温硫化得到硫化 FPAN（FSPAN），其孤立 La 位点以 La–N4S2 六配位为主。La–N4S2 基序增强局部极性并诱导显著的 p–d 杂化，驱动位点中心电荷再分布，从而增强 Li+ 亲和力和界面电子耦合，促进 Li2Sx（x = 4, 2, 1）转化序列，并在充电过程中促进 Li2S 再活化。得益于 La–N4S2 单原子与互连纳米花衍生框架之间的协同作用，La2.5–FSPAN 在硫载量为 4.5 mg cm−2、E/S = 10 μL mg−1 时，经 150 次循环后仍保持 1262 mAh g−1，并在硫载量为 1.5 mg cm−2 时于 10C 倍率下提供 769 mAh g−1。

这项工作确立了聚合引导的原子工程作为一种低温途径，可在实际相关约束下加速 SPAN 正极中的固–固转化。

关键词：锂硫电池；硫化聚丙烯腈；低温硫化；单原子位点；La–N4S2 配位；固–固转化动力学

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图文摘要

研究结果（部分）

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图1. Law–FSPAN 的聚合编程合成与形貌。

(a) 将痕量 La 引入 FPAN 并在低温硫化过程中稳定 La 基序以形成 Law–FSPAN 的聚合编程路线示意图。

(b) La2.5–FSPAN 的 SEM 图像。

(d) La2.5–FSPAN 的像差校正 HAADF-STEM 图像。

(e) La2.5–FSPAN 的 STEM–EDS 元素分布图。

(f) FSPAN、La1.3–FSPAN、La2.5–FSPAN、La3.2–FSPAN 的 XRD 图谱，(g) FT-IR 光谱和 (h) Raman 光谱。

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图3. Law–FSPAN 正极的电化学性能。

(a) FSPAN、La1.3–FSPAN、La2.5–FSPAN 和 La3.2–FSPAN 的倍率性能。

(b) La2.5–FSPAN 在不同 C 倍率下的恒流充/放电曲线。

(d) La2.5–FSPAN 在 1C 下选定循环的恒流充/放电曲线。

(e) La2.5–FSPAN 在 1C 下的长期循环性能。

(f) La2.5–SPAN 在高硫载量（4.5 mg cm−2）和贫电解液条件（E/S = 10 μL mg−1）下的循环性能。

(g) La2.5–SPAN 在高硫载量（4.5 mg cm−2）和贫电解液条件（E/S = 10 μL mg−1）下选定循环的恒流充/放电曲线。

(h) 在合理可比条件下，将本工作的关键性能指标与所选代表性 SPAN 基正极进行比较的雷达图。

(i) 突出 La2.5–FSPAN 电极实际设计特征的示意图。

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图5. DFT 对 La–N4S2 实现的电子调控与转化动力学的机理见解。

(a) 基于同步辐射分析得到的 La–N4S2–FSPAN 优化模型。

(b, c) La–N4S2–FSPAN 与不含 La 的 FSPAN 模型的静电势分布。

(d, e) La–N4S2–FSPAN 的总态密度（DOS）和投影态密度（PDOS）。

(f) Li2S4、Li2S2 和 Li2S 在 La–N4S2–FSPAN 与不含 La 的 FSPAN 上的吸附能。

(g) Li2Sx 在 La–N4S2–FSPAN 上的优化吸附构型及相应差分电荷密度图。

(h) 在 La–N4S2–FSPAN 和不含 La 的 FSPAN 模型上 Li2S 分解的计算反应路径与活化能垒。

总结

聚合编程的 La 引入使得配位定义的 La–N4S2 单原子位点能够在低温硫化过程中稳定存在，同时构建互连的 La–FSPAN 框架。这种原子级设计抑制界面极化，并在实际约束条件下促进耦合的电荷/离子传输，从而加速 SPAN 型正极中的固–固转化。DFT 计算表明，La–N4S2 基序增强局部极性并引入 p–d 杂化，增强与整个转化序列中 Li2Sx 物种的相互作用，并促进 Li2S 再活化。因此，La2.5–FSPAN 在硫载量为 4.5 mg cm−2、贫电解液条件（E/S = 10 μL mg−1）下保持稳定循环，150 次循环后仍保持 1262 mAh g−1。在硫载量为 1.5 mg cm−2 下，它还于 10C 倍率下提供 769 mAh g−1。因此，聚合引导的原子工程提供了一条低温且潜在可扩展的途径，用于调控固态转化化学，并在实际相关电芯级条件下将配位定义的单原子基序集成到锂硫电池中。

作者致谢

本工作得到国家自然科学基金（52400166）和山东省自然科学基金（ZR2024QE346）的资助。我们感谢汴水河畔超级计算中心（BRSC）对本手稿中模拟计算工作的帮助，以及 LetPub（www.letpub.com.cn）在本手稿撰写过程中提供的语言协助。

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