加速不溶性Li₂S₂-Li₂S还原催化以减轻穿梭效应已成为高效锂-硫电池正极的创新范例，如通过提供高密度活性位点实现与固体Li₂S₂的原位反应的单原子催化剂。然而，关于不同单原子物种在固-固硫还原催化和调节原理上的深刻起源仍不清楚。

近日，四川大学Shuang Li，Xikui Liu，Chong Cheng提供了在具有不同金属N₄位的Fes（铁磁元素(FEs =Fe、Co和Ni)）基SAC正极中不溶性Li₂S₂-Li₂S还原催化的基本来源的比较研究。

文章要点

1）通过一系列的理论研究，研究人员发现自旋极化（Fe-N₄ > Co-N₄ > Ni-N₄）可以提供自旋电子，减少Li₂S₂-FEs-N₄中反键轨道的占据，增强FEs-S相互作用，从而削弱Li₂S₂中S-S键的强度，最终加速阴极界面的Li₂S₂-Li₂S还原催化。

2）研究人员合成了一系列负载在多孔碳上的FEs单原子位点作为正极材料来验证所提出的机理。随后，系统的光谱、结构和电化学研究表明，基于Fe-N₄的正极表现出最快的Li₂S₂-Li₂S还原动力学和在1 C下200次循环后578 mAh g^-1的最高容量保持率(1 C = 1675 mA g^-1)，这远远超过基于HP-SACo (512 mAh g^-1)和HP-SANi (454 mAh g^-1)的电池。

研究发现表明，铁磁性原子的自发自旋极化可以加速不溶性Li₂S₂-Li₂S还原催化，从而为设计用于实际锂-硫电池的高能量和长寿命的多硫化物还原催化剂提供了一种新的策略。

参考文献

Rui Yan, et al, Origin and Acceleration of Insoluble Li₂S₂-Li₂S Reduction Catalysis in Ferromagnetic Atoms-based Lithium-Sulfur Battery Cathodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215414

DOI: 10.1002/anie.202215414

https://doi.org/10.1002/anie.202215414