鋰硫（Li-S）電池由于具有較高的理論能量密度（2600 Wh/kg），遠高于現(xiàn)有商業(yè)化鋰離子電池，且硫資源豐富、價格低廉、無毒和環(huán)境友好等特點，是最有商業(yè)化前景的新型儲能電池體系之一。盡管Li-S電池潛力巨大，但仍面臨著很多挑戰(zhàn)，如硫和硫化鋰導電性不佳，中間產物多硫化物（LiPS）溶解到電解液中引起“穿梭效應”，復雜的多步多相反應過程動力學緩慢，不均勻的鋰沉積導致鋰枝晶生長等。總的來說，活性材料利用率低、庫侖效率降低、電化學性能快速退化以及安全性問題等綜合因素阻礙了Li-S電池的商業(yè)化應用。

近日，河南大學的孫自許教授制備了一種新型的雙活性位點催化劑Ni-MoC-NC，其由錨定在氮摻雜碳（NC）基體的鎳單原子（Ni-N₄）和平均直徑僅為1.45 nm的碳化鉬（MoC）納米簇組成。

通過理論計算和電化學試驗，結合先進的表征技術表明，作為Li-S電池正極載硫材料，MoC納米簇活性位點更有利于長鏈LiPS還原，而Ni-N₄單原子活性位點更有利于促進短鏈LiPS 還原，這種雙催化活性位點結構提供了豐富的催化中心，協(xié)同作用下促進了Li-S電池中的氧化還原反應。另外，將Ni-MoC-NC修飾在隔膜（PP）表面正極側時，大量的不同催化活性位點不僅起到促進LiPS轉化提高硫利用率、限制LiPS穿梭的作用，而且可以促進Li⁺均勻的分布，調控界面電流密度更均勻，有效緩解鋰枝晶的生長。

最終，同時采用S/Ni-MoC-NC正極和Ni-MoC-NC@PP改性隔膜組裝的Li-S電池表現(xiàn)出令人印象深刻的電化學性能，0.2C倍率下初始比容量達到1624 mAh g?¹，1C循環(huán)800次后比容量仍有590 mAh g?¹，且在2C大倍率下比容量為856.1 mAh g?¹。特別是在高硫負載（8.3 mg cm?¹）和低電解質用量（6 μL mg?¹）條件下，電池在0.1C下初始面容量達9.57 mAh cm?²，顯示了該催化劑在高能量密度電池中的應用潛力。

這項研究不僅闡明了Ni-MoC-NC催化活性機制，而且顯示了在改善Li-S電池性能方面的潛力。這些發(fā)現(xiàn)為Li-S電池多催化中心催化劑的設計提供了有價值的見解，為下一代商業(yè)應用的儲能技術鋪平了道路。

Synergistic Catalysts for Lithium-Sulfur Batteries: Ni Single Atom and MoC Nanoclusters Composites

Chongchong Zhao, Yanxia Liu Feng Huo, Zhenzhen Guo, Yurui Lu, Bowen Sun, Meng Li, Hui Xu, Min Zhang, Hailin Fan, Zixu Sun, Andreu Cabot, Yatao Zhang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202502177