近日，化学与化工学院王得丽教授团队相继在《Advanced Functional materials》和《Nano Energy》刊发了锂硫电池硫电极高效催化转化相关的研究论文，题目分别为《Ni single atoms on hollow nanosheet assembled carbon flowers optimizing polysulfides conversion for Li−S batteries》和《Superlattice and Defect Engineering Enabled NC@VS_2–x as Trifunctional Promoter for Polysulfides Catalytic Conversion》。

锂硫电池具有理论比容量高、成本低、环境友好等优势而备受关注，然而受迟滞的硫电极反应动力学影响，其实用性进展一直未能取得重大突破。存在问题的根本原因在于传统催化剂的活性有限难以在复杂环境中同步实现对多种多硫化物的吸附转化。

图1. (a) NC@VS_2–x在硫转化反应中的作用机理及(b) 多硫化物在Ni-NC上的吸附/转化机理示意图

为了抑制锂硫电池中的穿梭效应并提高硫转化反应的动力学，王得丽教授团队分别通过超晶格和缺陷工程共调控策略以及单原子工程控来优化催化剂的活性，提升固液界面催化位点对多硫化物的吸附转化能力。超晶格和缺陷工程能暴露更多活性位点，在动力学上极大降低了各个反应阶段的反应能垒，促进了硫化锂的沉积和氧化，加快了锂离子的传输，最终实现了优异的低液硫比电池性能。进一步，通过构建了空心纳米片组装的碳花负载的镍单原子催化剂，一方面，单原子催化剂的原子利用率高，大幅提升催化活性；另一方面，空心纳米片组装的碳化载体显著增强导电性，缩短离子扩散途径，实现可接近的多硫化物吸附和转化位点。以上系列研究成果不仅为锂硫电池中催化剂的设计以及性能提升提供了新的思路，而且有望于扩展到其他高效的多电子反应路径固液界面的构建。

图2. 王得丽教授（右一）指导学生，王瑞（右二）和秦金磊（左一）

我校为该项工作的第一完成单位及通讯单位，化学与化工学院2021级硕士研究生王瑞和2020级博士研究生秦金磊分别为两篇论文的第一作者，王得丽教授为唯一通讯作者。该研究工作受到了国家自然科学基金(22279036)、新能源化学与器件学科创新引智基地（B21003）及华中科技大学创新研究基金(2019kfyRCPY100)等项目资助。

论文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305991

https://doi:10.1016/j.nanoen.2023.108889.