采用催化动力学改进的硫氧化还原转化有望缓解多硫化物的穿梭。对于不同的多相催化反应，电催化剂的尺寸往往会带来不同的催化行为，而对于锂-硫电池而言，这一点还有待探索。

有鉴于此，湖南大学梁霄教授等人，通过构建从单个原子、原子簇到纳米颗粒的不同原子尺度的Co催化剂，系统研究了催化剂尺寸对多硫化物转化的催化活性及其与电化学性能的相关性。

本文要点

1）报告了对多硫化物转化的尺寸依赖性催化活性及其与锂硫电池电化学性能的相关性的系统研究。通过 ZIF 前体的热解制备了具有各种原子聚集体（单原子、原子簇和纳米粒子）的碳负载钴催化剂。 Co电催化剂的形态和原子构型被精确鉴定，这使能够阐明尺寸对催化活性的影响。

2）基础电催化研究的重点是探索硫化学的还原动力学和活化能。单原子Co对硫氧化还原表现出最佳的电荷转移/动力学，尤其是对速率决定反应(Li₂S₄↔Li₂S)， 如Li₂S成核/溶解的能垒显著降低。

3）这是由于当催化剂与硫物质相互作用时，催化剂的几何变形更强，聚集程度更低，从而导致吉布斯自由能变化降低，正如 DFT 计算所阐明的那样。单原子 Co 的优异催化活性保证了在长期循环中在 4.3 mg cm^-2 的面积负载下具有高比容量（4.98 mAh cm^-2）。

总之，该工作强调了尺寸依赖性催化活性对反应动力学和锂硫电池整体性能的重要性。

参考文献：

Xing Zhou et al. Size-Dependent Cobalt Catalyst for Lithium Sulfur Batteries: From Single Atoms to Nanoclusters and Nanoparticles. Small Methods, 2021.

DOI: 10.1002/smtd.202100571

https://doi.org/10.1002/smtd.202100571