高轉(zhuǎn)換能壘、受抑制的硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及遲緩的Li⁺傳輸阻礙了高能量密度鋰硫（Li-S）電池的廣泛發(fā)展。

圖1 催化劑的設(shè)計(jì)

揚(yáng)州大學(xué)龐歡、王天奕、中科院蘇州納米所王健等通過(guò)在結(jié)構(gòu)上引入相似價(jià)態(tài)的電子元素，提出了一種電子密度可調(diào)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，并將其命名為脫局域等電子異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，從而以更低的能耗構(gòu)建雙向內(nèi)置電場(chǎng)（BIEF），實(shí)現(xiàn)連續(xù)快速的多硫化物催化轉(zhuǎn)化。

作為范例，F(xiàn)eCo-LDH樣品在硫化時(shí)通過(guò)用等電子S原子（Iso-e S）取代O原子來(lái)模擬DIHC。在這種設(shè)計(jì)中，Iso-e S更傾向于通過(guò)電荷轉(zhuǎn)移取代FeCoO_xS_y DIHC中穩(wěn)定的頂端O位點(diǎn)，從而誘導(dǎo)電子重新分布并構(gòu)建脫局域質(zhì)子密度。結(jié)果，在互連導(dǎo)電碳納米管（CNT）網(wǎng)絡(luò)的前提下，在三相界面上賦予Li⁺轉(zhuǎn)移的高速電子交換和快速催化能力。通過(guò)全面優(yōu)化，這項(xiàng)工作獲得了系列FeCoO_xS_y/NC DIHC在 Li₂S_n吸附和Li₂S電位沉淀/溶解方面的出色催化能力。

圖2 對(duì)多硫化物的吸附及催化

因此，基于FeCoO_1.5S_1.0/NC-PP的電池可在0.1 A g^-1條件下實(shí)現(xiàn)1413 mAh g^-1的高初始比容量。此外，Li-S電池即使在2.3 V充電電壓下靜置超過(guò)410小時(shí)，在0.2 A g^-1條件下循環(huán)100次后仍可保持81.4 %的高容量保持率。更令人印象深刻的是，采用貧電解也的高負(fù)載正極在100次循環(huán)后的平均容量穩(wěn)定在5.43 mAh cm^-2，這有力地證明了FeCoO_xS_y/NC DIHC在催化硫氧化還原方面的優(yōu)越性。該研究的發(fā)現(xiàn)拓寬了短程等電子異質(zhì)結(jié)的概念，有助于實(shí)現(xiàn)實(shí)用的高性能電池。

圖3 Li-S電池性能

Delocalized Isoelectronic Heterostructured FeCoOxSy Catalysts with Tunable Electron Density for Accelerated Sulfur Redox Kinetics in Li-S batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202311693