共轭微孔聚合物（CMPs）由于其独特的结构和可调的功能性，已经在当前能源领域展现出巨大的应用前景。锂硫电池因具有超高的理论比容量（1675 mA h g-1）、硫自然资源丰富和环境友好等优点，有望成为下一代高性能能源存储装置。硫和放电产物Li2S的绝缘性、活性物质的溶解和穿梭、充放电过程中正极的体积变化等因素阻碍了锂硫电池的发展。近年来，提升迟缓的界面反应动力学成为研究热点，研究正极催化反应有利于提升锂硫电池的比容量、倍率和循环稳定性等性能。
北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心耿建新教授课题组在催化锂硫电池正极反应领域取得新进展。作者利用Sonogashira偶联反应制备了含有钴单原子催化剂（SAC Co）的共轭多孔聚合物材料（Co-CMP），球差电镜数据（HAADF-STEM）和同步辐射测试（XANES）数据证实了单原子钴的均匀分布和Co-N/O六配位壳层的形成。对称电池循环伏安（CV）测试结果显示Co-CMP电极上的锂离子扩散系数（DLi+）更大，相比纯CMP，用Co-CMP制得的锂硫电池具有更低的电荷转移电阻（125.90 vs. 47.90 欧姆），更高的比容量（0.1 C，1338 vs. 1404 mA h g-1），倍率容量（2 C，613 vs. 766 mA h g-1）和循环稳定性（0.5 C-1000圈，314 vs. 549 mA h g-1）。XANES结合密度泛函理论计算（DFT）研究发现，SAC Co与硫物种间的周期性结合降低了反应能，从而促进了氧化还原反应动力学。这种在较低温条件制备SAC的方法具有模块化和可预计结构的特点，希望能推动其他种类SAC的精准合成。
图 1. Co-CMP的合成与电催化效果研究。（a）Co-CMP的合成路线。（b）SAC Co催化正极反应示意图。（c）Co-CMP的HAADF-STEM图。（d）S@Co-CMP正极的Co K-edge XANES谱图。（e）salcyen Co和硫原子络合的分子模型图。（f）不同硫负载量下S@Co-CMP的循环稳定性。
该工作以“A Conjugated Porous Polymer Complexed with a Single-Atom Cobalt Catalyst as An Electrocatalytic Sulfur Host for Enhancing Cathode Reaction Kinetics”发表在《Energy Storage Materials》上。衷心感谢国家自然科学基金委项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.05.043
课题组简介：http://www.polymer.cn/ss/jianxingeng/index.html