近日，河南大学纳米科学与材料工程学院孙自许教授团队在储能电池领域取得新进展，该成果以“Synergistic Catalysts for Lithium-Sulfur Batteries: Ni Single Atom and MoC Nanoclusters Composites”为题，发表在顶级期刊国际顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202502177

锂硫（Li-S）电池由于具有较高的理论能量密度（2600 Wh/kg），远高于现有商业化锂离子电池，且硫资源丰富、价格低廉、无毒和环境友好等特点，是最有商业化前景的新型储能电池体系之一。尽管Li-S电池潜力巨大，但仍面临着很多挑战，如硫和硫化锂导电性不佳，中间产物多硫化物（LiPS）溶解到电解液中引起“穿梭效应”，复杂的多步多相反应过程动力学缓慢，不均匀的锂沉积导致锂枝晶生长等。总的来说，活性材料利用率低、库仑效率降低、电化学性能快速退化以及安全性问题等综合因素阻碍了Li-S电池的商业化应用。

针对上述问题，河南大学孙自许教授团队引入了一种新的双位点催化剂Ni-MoC-NC，它由镍原子锚定在氮掺杂碳（NC）基体和碳化钼（MoC）纳米簇中的氮位点（Ni-N₄）上组成。选择Ni-N₄位点是因为它们催化短链LiPSs还原的能力，而选择MoC纳米簇是因为它们具有优异的导电性和对LiPSs的强化学吸附能力。结合先进的表征技术，包括原位分析和密度泛函理论DFT计算，证实了双催化活性位点的存在及其在加速双向硫氧化还原反应中的协同效应。Ni-MoC-NC催化剂既可以作为阴极内的硫主添加剂，也可以作为Li-S电池中聚丙烯（PP）隔膜阴极侧的涂层进行测试。配备S/Ni-MoC-NC阴极和Ni-MoC-NC@PP改性隔膜的电池即使在高硫负载条件下也可以表现出优异的电化学性能。该研究强调了双位点催化剂在解决硫氧化还原反应的动力学挑战和减轻Li-S电池中的穿梭效应方面的有效性。这些发现为设计具有多个高效吸附催化中心的催化材料提供了有价值的见解，为其在下一代储能系统中的实际应用铺平了道路。

河南大学纳米科学与材料工程学院孙自许教授，郑州大学张亚涛教授，中国科学院过程工程研究所霍锋研究员为该论文的通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委和河南大学的大力支持。