近日，化學與化工學院王得麗教授團隊相繼在《Advanced Functional materials》和《Nano Energy》刊發了鋰硫電池硫電極高效催化轉化相關的研究論文，題目分別為《Ni single atoms on hollow nanosheet assembled carbon flowers optimizing polysulfides conversion for Li?S batteries》和《Superlattice and Defect Engineering Enabled NC@VS2–x as Trifunctional Promoter for Polysulfides Catalytic Conversion》。
鋰硫電池具有理論比容量高、成本低、環境友好等優勢而備受關注，然而受遲滯的硫電極反應動力學影響，其實用性進展一直未能取得重大突破。存在問題的根本原因在于傳統催化劑的活性有限難以在復雜環境中同步實現對多種多硫化物的吸附轉化。
圖1. (a) NC@VS2–x在硫轉化反應中的作用機理及(b) 多硫化物在Ni-NC上的吸附/轉化機理示意圖
為了抑制鋰硫電池中的穿梭效應并提高硫轉化反應的動力學，王得麗教授團隊分別通過超晶格和缺陷工程共調控策略以及單原子工程控來優化催化劑的活性，提升固液界面催化位點對多硫化物的吸附轉化能力。超晶格和缺陷工程能暴露更多活性位點，在動力學上極大降低了各個反應階段的反應能壘，促進了硫化鋰的沉積和氧化，加快了鋰離子的傳輸，最終實現了優異的低液硫比電池性能。進一步，通過構建了空心納米片組裝的碳花負載的鎳單原子催化劑，一方面，單原子催化劑的原子利用率高，大幅提升催化活性；另一方面，空心納米片組裝的碳化載體顯著增強導電性，縮短離子擴散途徑，實現可接近的多硫化物吸附和轉化位點。以上系列研究成果不僅為鋰硫電池中催化劑的設計以及性能提升提供了新的思路，而且有望于擴展到其他高效的多電子反應路徑固液界面的構建。
圖2. 王得麗教授（右一）指導學生，王瑞（右二）和秦金磊（左一）
我校為該項工作的第一完成單位及通訊單位，化學與化工學院2021級碩士研究生王瑞和2020級博士研究生秦金磊分別為兩篇論文的第一作者，王得麗教授為唯一通訊作者。該研究工作受到了國家自然科學基金(22279036)、新能源化學與器件學科創新引智基地（B21003）及華中科技大學創新研究基金(2019kfyRCPY100)等項目資助。
論文鏈接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305991
https://doi:10.1016/j.nanoen.2023.108889.
