硫还原反应最多包括16个电子的转移，因此Li-S电池能够具有非常高的能量密度，能量密度显著的超过Li离子电池。但是Li-S电池的动力学非常缓慢，并且表现低容量和低循环寿命，是Li-S电池迈向实用需要克服的主要挑战和难点。由于这些缺点，Li-S电池的电催化剂需要在原子利用率和特定位点之间平衡，从而实现高效的硫还原反应。这需要人们深入理解催化活性位点的原子结构对硫还原反应的敏感性。

有鉴于此，中国科学技术大学季恒星、武晓君、金松等报道控制Fe原子组装的个数，从单个原子、两个原子、三个原子进行分类，并且确保Fe原子固定在碳载体内，通过比较不同Fe原子位点的电催化活性，发现Fe原子数目与硫还原电催化活性之间的火山形变化规律。

主要内容

（1）

考察硫还原催化反应活性与铁原子之间的关系，发现硫还原催化反应与Fe原子数目之间的火山型规律。通过原位XAS和XRD光谱表征，观测发现增加一个硫原子能够导致多硫化物吸附-脱附和电化学转化反应动力学的加快或减慢的变化。

（2）

这项研究说明两个铁原子的催化活性位点是最合适的结构，能够最大利用原子，并且能够很好的处理硫中间体，从而在Li-S电池中实现高达23.8 mAh cm^-2的实际容量，而且实现高达21.8 mg cm^-2的硫负载量。这项研究展示了原子利用率和特定步骤所需的原子之间进行平衡对于优化Li-S电池电催化活性的重要性。

参考文献

Guolei Cai, Haifeng Lv, Guikai Zhang, Danqing Liu, Jing Zhang, Jiawen Zhu, Junjie Xu, Xianghua Kong, Song Jin*, Xiaojun Wu*, and Hengxing Ji*, A Volcano Correlation between Catalytic Activity for Sulfur Reduction Reaction and Fe Atom Count in Metal Center, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c14312

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c14312