原子分散的金屬催化劑在加速多硫化鋰轉化的動力學和抑制穿梭效應方面提供了巨大的潛力，有望實現(xiàn)鋰硫電池的長壽命循環(huán)和高倍率性能。然而，單金屬位點與多硫化物之間的端面吸附結構限制了單原子催化劑的吸附能力和催化活性。

圖1. 多硫化物與單/雙原子鐵材料之間的相互作用

哈爾濱工業(yè)大學張乃慶、帥永、范立雙等在摻氮石墨烯（簡稱為Fe DAs-NG）表面構建了原子分散的雙原子鐵位點，并首次將其應用于Li-S電池，探索其在多硫化物轉化過程中的電催化反應活性和機理。

這種雙原子催化劑與單原子催化劑一樣，具有極高的原子利用率、密集的裸露金屬中心和超高的催化活性。雙原子鐵位點中相鄰鐵原子的協(xié)同效應為高效催化緩慢的多硫化物轉化過程提供了新的可能性。

圖2.?對多硫化物轉化的催化

密度泛函理論（DFT）計算表明，雙原子Fe位點能通過兩個Fe-S鍵化學捕獲多硫化物分子，獨特的雙鍵吸附結構不僅能削弱多硫化物的S-S鍵，加速其轉化，還能激活Li₂S分子，降低分解能壘。因此，F(xiàn)e DAs-NG可以有效防止穿梭效應，減少不可逆容量損失。

結果，采用Fe DAs-NG/S正極的Li-S電池大大提高了初始容量（1615 mAh g^-1），并具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在2C時每循環(huán)衰減率低至 0.015%。即使在7.9 mg cm^-2的高硫負載條件下，F(xiàn)e DAs-NG/S正極在0.2C條件下循環(huán)200次也能產(chǎn)生6.6 mAh cm^-2的高容量。

圖3.?Li-S電池電化學性能

Dual-Atoms Iron Sites Boost the Kinetics of Reversible Conversion of Polysulfide for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103026