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程沖/楊偉/李爽Adv. Sci.: 用于快速動力學(xué)金屬硫電池的多硫化物催化劑

受益于低成本、超高能量密度和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，金屬硫電池（M-S電池）近年來受到廣泛關(guān)注。然而，多硫化物的穿梭效應(yīng)和緩慢的氧化還原過程阻礙了其實際應(yīng)用。

在此，四川大學(xué)程沖研究員、楊偉教授及柏林工業(yè)大學(xué)李爽博士等人系統(tǒng)總結(jié)了多硫化物催化材料設(shè)計原理和活性中心的最新進(jìn)展。首先，詳細(xì)介紹了目前報道的多硫化物催化轉(zhuǎn)化的化學(xué)和機(jī)理。

隨后，全面討論了加速M(fèi)-S電池反應(yīng)動力學(xué)的多硫化物催化材料的合理設(shè)計，包括聚合物和骨架、無機(jī)/金屬催化劑及雜原子摻雜的碳材料等。

其中，作者非常關(guān)注相應(yīng)的催化機(jī)制和結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系，并且強(qiáng)調(diào)計算方法在推動活性中心設(shè)計方面發(fā)揮著越來越大的作用。

最后，提出了當(dāng)前的突破，并確定了指導(dǎo)未來主要挑戰(zhàn)、觀點(diǎn)和創(chuàng)新的方向。

圖1. Li-S電池中的多硫化物還原反應(yīng)過程

在未來對不同多硫化物催化材料的研究中，需要仔細(xì)考慮一些挑戰(zhàn)和實際前景，特別是在涉及未來大容量、快速充電的M-S電池時。作者總結(jié)了以下科學(xué)問題：

（1）對M-S電池中多硫化物催化轉(zhuǎn)化機(jī)制的了解不足；

（2）有機(jī)骨架作為多硫化物催化劑仍存在障礙；

（3）缺乏對單原子催化活性的深入研究；

（4）極端條件下催化劑設(shè)計的挑戰(zhàn)；

（5）設(shè)計Na-S和K-S電池的挑戰(zhàn)。總之，本綜述提供了設(shè)計不同多硫化物催化劑的前沿理解，并提供了優(yōu)化未來M-S電池和許多相關(guān)電池系統(tǒng)的實驗和理論指導(dǎo)。

圖2. Li-S電池中的多硫化物氧化反應(yīng)過程

Polysulfide Catalytic Materials for Fast-Kinetic Metal–Sulfur Batteries: Principles and Active Centers, Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202102217

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