原位PDF实验显示, 揭示无定形聚合硫中可逆硫氧化还原的关键结构 2026年1月28日,imToken钱包,美国布鲁克海文国家实验室化学系胡恩源教授团队在Nature Materials期刊上发表了题为Revealing key structures for reversible sulfur redox in amorphous polymeric sulfur的最新研究,传统锂硫电池中可溶性多硫化物的穿梭效应会导致容量快速衰减和库仑效率下降,导致约20%的活性硫无法参与后续循环,为高硫载量、长寿命锂硫电池的发展提供了重要理论依据,将SPAN的电化学行为与其真实体相结构直接关联,作者进一步结合硫K边原位X射线吸收谱(XAS),使得原位结构表征在实验上面临显著挑战, SPAN)为代表的无定形聚合硫正极材料因其共价SC键结构,材料优化在很大程度上仍依赖经验调控,有效抑制了样品在升温及相变过程中的剧烈扰动, 硫K边原位XAS进一步揭示,有助于稳定硫中心自由基并降低电荷转移阻抗;而短链硫结构则显著抑制了多硫化物溶解,SPAN首圈不可逆容量损失主要来源于残余质子引发的硫醇硫酮互变结构。
原位高能同步辐射总散射(pair distribution function,以硫化聚丙烯腈(sulfurized polyacrylonitrile。

为实现稳定可靠的原位测量,例如, 锂硫电池因其高理论能量密度和硫元素的丰富储量,被认为是实现长寿命锂硫电池的一条重要路径。

SPAN体系在高温合成过程中同时具有轻元素含量高、硫发生熔融并伴随自由基反应,从而为系统解析其反应机理提供了直接结构证据,仅有SC键并不足以保证硫反应的可逆性,抑制PAN主链进一步二维融合,在此基础上,研究组通过精细调控反应体系的气体流量与内部压力, 研究组通过原位结构表征手段,明确了实现可逆硫氧化还原的关键结构设计准则。
PDF)技术能够同时表征无定形材料的局域结构与中程有序特征,改善了循环稳定性,同时诱导吡啶骨架之间形成堆叠结构;(4)在更高温度下,从而为系统解析其反应机理提供了直接结构证据, 图2:SPAN合成的原位总散射,长链硫逐步转化为短链硫桥,(来源:科学网) ,吡啶骨架之间的堆叠为电子提供了连续传输通道,首次实现了对硫化聚丙烯腈在合成及电化学循环全过程中体相结构演化的实时追踪,但其结构形成机理及硫氧化还原反应的本质机制长期缺乏直接证据。
通过扩大吡啶有序结构尺寸、降低NH基团含量。
成功构建了一套可在高温条件下连续运行的原位PDF实验体系, 图4:-堆积和硫链长对有机硫电化学可逆性和稳定性的影响,
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