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對于已被充分探索的Li-S催化化學(xué)，多硫化鋰在催化材料上緩慢的吸附-遷移-轉(zhuǎn)化動力學(xué)和Li₂S沉積引起的活性位點鈍化限制了S的快速和完全轉(zhuǎn)化。

山東大學(xué)熊勝林等提出并展示了一種新型的催化劑配置，它可以從根本上改變研究界傳統(tǒng)的S宿主設(shè)計。

圖1. LiPSs的分子內(nèi)串聯(lián)轉(zhuǎn)化和Zn₈的結(jié)構(gòu)

具體而言，這項工作設(shè)計了一個八核Zn₈-(Me₄Si₄O₈)₂(azopz)₈團簇（Hazopz=3,5-二甲基-4-（苯基偶氮）-1H-吡唑，縮寫為Zn₈），并將其作為一個功能性S宿主。它包括一個赤道的Zn₈環(huán)，由兩個Me₄Si₄O₈^4-上下夾著，并進(jìn)一步由八個azopz? 修飾。

動態(tài)測試、密度泛函理論（DFT）計算和原位/非原位表征表明，以N、O和Zn為中心的活性位點與Zn₈團簇內(nèi)的空間阻礙協(xié)同作用，促成了LiPSs獨特的分子內(nèi)串聯(lián)轉(zhuǎn)化機制。具體來說，外部的偶氮基團可以有效地固定長鏈LiPSs，由于具有更強的吸附能力，進(jìn)一步生成的Li₂S₂而遷移并沉積在內(nèi)部的O位點上，最終的放電產(chǎn)物（Li₂S）以同樣的方式沉積在最內(nèi)部的Zn位點上。

圖2. 對Zn8的催化性能的研究

受益于這種機制，Zn₈簇實現(xiàn)了LiPSs的快速轉(zhuǎn)換和活性位點的自清潔，組裝的鋰硫電池表現(xiàn)出令人滿意的循環(huán)和倍率性能?？傮w而言，這項研究開創(chuàng)了LiPSs多級催化劑的設(shè)計，并分析了這一機制背后的新型機制和基本原理，它為理解團簇涉及的Li-S催化機制提供了新的啟示。

此外，從團簇的結(jié)構(gòu)和化學(xué)可調(diào)性出發(fā)，可以建立結(jié)構(gòu)-性能-功能關(guān)系，這將為其他催化領(lǐng)域的先進(jìn)催化劑設(shè)計提供一種有前景的策略。

圖3 Li-S電池性能

A Zn8 Double-Cavity Metallacalix[8]arene as Molecular Sieve to Realize Self-Cleaning Intramolecular Tandem Transformation of Li?S Chemistry. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207689

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?山大熊勝林AM：催化劑活性位點的自清潔助力高性能鋰硫電池！

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