单原子催化剂（SAC）具有100％的原子利用率，非常具有竞争优势，既可以作为LiPS的锚定中心，又可以作为电催化中心。但是，这仍然存在巨大挑战，因为缺乏简便易行的合成策略，以及对构效关系的模糊认识。在这里，通过自模板以及自还原策略，将一种新型的钨（W）SAC固在氮掺杂石墨烯（W/NG）上，具有独特的W-O2N2-C配位构型，W载量高达8.6 wt％。W原子局域的特殊配位环境使得W/NG具有更高的LiPSs吸附能力和催化作用，该结论通过实验和理论研究相结合得以验证。令人印象深刻的是，配备W/NG改性隔膜的LSB大大改善了其电化学性能，在1000次循环中具有高的循环稳定性和超高速率能力。此外，它表明在8.3 mg cm-2的高硫负载下，实现了6.24 mAh cm-2的高面积容量，且具有较好的循环寿命。
 
  
Figure 1. a）W/NG制备过程的示意图。b）透射电镜图像。c，d）放大的HAADF-STEM图像 e）HAADF-STEM图像和相应的EDX元素分布图。
 
  Figure 2. W/NG的高分辨率a）W 4f，b）N 1s和c）O 1s XPS光谱。W/NG和对照样品的W L3边缘处的d）XANES和e）k3加权FT-EXAFS光谱。f）W/NG在W L3边缘处的k3权重FT-EXAFS拟合曲线。
 
  Figure 3．基于不同隔膜时，a）Li2S氧化过程的Tafel图，和b）LSB的CV曲线。c）Li2S6对称电池的CV曲线，和d）相应的电化学阻抗谱。e）电压为2.05V时的恒电位放电曲线和f）基于W/NG@PP的电极在2.35 V时的电荷分布。
 
  Figure 4．基于PP，NG@PP和W/NG@PP组装的LSB在a）0.5 C时的循环性能。b，c）相应的充电/放电曲线和d）倍率性能。基于W/NG@PP的LSB在不同条件时的循环性能。
  
        该研究工作由山东大学Shenglin Xiong和Baojuan Xi课题组于2021年发表在Angewandte Chemie International Edition期刊上。原文：Atomic Tungsten on Graphene with Unique Coordination Enabling Kinetically Boosted Lithium−Sulfur Batteries。

转自《石墨烯杂志》公众号