鋰硫電池（LSBs）作為一種很有前途的新型電化學電源，具有理論能量密度高、成本低、環境友好等優點。然而，LSBs的商業化仍然受到多硫化物的穿梭效應和緩慢的反應動力學的阻礙，這會導致活性材料的不可逆損失、鋰金屬負極的腐蝕以及電池內阻的增加，最終導致電池短路，循環壽命和低庫侖效率。幸運的是，在碳骨架中合理引入少量金屬單原子（SAs），不僅改變了碳的極性，增強了多硫化物物理吸附，而且保證了多硫化物化學吸附和催化轉化的有效暴露表面位點。但由于SAs金屬中心的表面自由能高，化學性質不穩定，甚至容易聚集成納米顆粒，顯著降低了催化活性。目前，碳載體上相鄰摻雜劑（C、N、O、S等）與金屬（M）原子（Mo、Fe、Co 、Ni等）配位可以顯著改善單原子團聚問題，并且配位類型和數量可實現精確定制，從而實現靈活可控的反應活性。特別是 N 摻雜碳材料錨定金屬 SAs 因其特殊的電子結構和最大的原子利用率，可作為多硫化物轉化的優良催化劑。同時，M-Nx SAs 催化劑擁有豐富的活性位點，可有效吸附多硫化物并加速其在反應過程中的動力學轉化。然而，合理設計碳骨架和優化配位模式以錨定更高含量的暴露單原子，進一步加快催化轉化和抑制多硫化物的損失仍然是該領域的挑戰。

近日，我校陳錫安教授課題組在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》發表題為“Single Mo–N4 Atomic Sites Anchored on N-doped Carbon Nanoflowers as Sulfur Host with Multiple Immobilization and Catalytic Effects for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries”的論文。該工作在新穎碳球結構設計（J. Mater. Chem. A,2017, 5, 18193-18206.）和氮摻雜花型碳納米球（J. Mater. Chem. A,2017, 5, 6245-6256）的基礎上開發了一種單原子鉬以四氮配位（Mo-N4）的形式錨定在N 摻雜碳納米花上作為鋰硫電池硫陰極，顯著提高電池性能。利用獨特設計的花型結構碳球和高活性Mo-N4催化中心，表現出多重固定和催化多硫化物作用，能夠快速將液相多硫化鋰（Li₂S_n, 4≤n≤8）催化轉化固相硫化鋰（Li₂S），從而有效抑制多硫化物穿梭效應。基于此，這項工作中設計的LSBs表現出優異的倍率性能和長期穩定性。 特別是在5.1 mg cm^-2的高載硫下，面積比容量達到初始容量3.24 mAh cm^-2（4.27 mA cm^-2），經過400次循環后面積比容量保持在3.17 mAh cm^-2，衰減率僅為0.004%。這種通過將單原子催化劑錨定在氮摻雜碳納米球上結構設計策略為鋰硫電池應用帶來光明的未來。

相關研究結果發表于近期的《Advanced Functional Material》（DOI: 10.1002/adfm.202204458），溫州大學為第一通訊單位，化學與材料工程學院青年教師郭大營博士為第一作者，我校陳錫安教授、王舜副校長與鄭州大學周震教授為該論文共同通訊作者，相關工作受到國家自然科學基金（51872208和52072273）、浙江省高層次人才特殊支持計劃（2019R52042）項目的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary-wiley-com-443.webvpn.wzu.edu.cn/doi/epdf/10.1002/adfm.202204458