邵怀宇/雷文：通过缺陷工程阐明锂硫电池中火山型催化行为

在锂硫电池的催化反应中，缺陷通常被认为是有效和灵活的。然而，缺陷浓度对催化作用的影响仍不明确。

图1 理论模拟

澳门大学邵怀宇、武汉科技大学雷文等以具有不同缺陷水平的MoS2为模型，研究了缺陷浓度与吸附催化性能之间的定量关系。具体而言，这项工作通过密度泛函理论（DFT）和原位实验研究了含硫空位的MoS2的催化机理。

研究发现，随着硫缺陷的增加，MoS2的电子结构和几何结构发生了显著变化，从而对锂硫电池催化反应的调控产生了重要影响，这种相互联系呈现出明显的火山关系，最佳的硫缺陷水平能有效提高MoS2与多硫化锂（LiPSs）的结合能，降低LiPS转化反应的能垒，促进Li2S双向催化反应的动力学过程。

图2 不同催化剂对LiPS的吸附与催化

只有最佳的缺陷浓度才能实现LiPSs吸附和解吸之间的平衡，从而产生加速的氧化还原动力学和最佳的电化学性能。增加缺陷含量反过来会破坏材料的几何形状，使其难以解吸LiPS并减缓转化。这项工作中揭示的趋势拓宽了缺陷设计的领域，并可应用于催化的其他领域及其他领域，为锂硫电池的商业化提供了一种潜在的方法。

图3 基于不同催化剂的锂硫电池性能

Elucidating the Volcanic-Type Catalytic Behavior in Lithium–Sulfur Batteries via Defect Engineering. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c05269