近日，我所先进二次电池研究组（DNL0306组）陈剑研究员团队和能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员团队合作，在锂硫电池硫正极单原子催化剂研究方面取得新进展，合成了一种新型P配位单原子Fe催化剂，提升了锂硫电池性能。
锂硫电池因其高能量密度（2550 Wh kg-1）优势，被视为最具应用前景的下一代二次电池之一。然而，硫正极在“固-液-固”转换反应过程中产生的多硫化锂中间体易溶解积聚，导致穿梭效应，降低锂硫电池循环寿命。在硫正极侧引入加快多硫化锂反应动力学的催化剂，是抑制上述穿梭效应的有效策略。
单原子催化剂（SACs）具有原子利用率高、催化活性强、活性中心明确等优势，是研究硫正极催化转换反应的理想体系。本工作中，团队在前期硫正极金属化合物催化剂（J. Alloy. Compd.，2020；J. Energy Chem.，2020；J. Energy Chem.，2021）和单原子催化剂（J. Mater. Chem. A，2020；J. Alloy. Compd.，2022）研究基础上，基于配位环境调控策略，研制了N配位（Fe-N4-C）和P配位的单原子Fe催化剂（Fe-P4-C）。研究发现，Fe-P4-C中Fe的价态更高，与中间产物多硫化锂中的S形成更强的“Fe-S”相互作用。理论计算结果表明，相比于Fe-N4-C，Fe-P4-C活性中心显著降低了硫还原反应速控步和硫化锂氧化反应的能垒。电化学测试结果表明，Fe-P4-C活性中心对硫正极的氧化还原反应表现出更高的反应电子数和催化活性。基于Fe-P4-C正极制备的锂硫电池在高硫载量（单面5.7 mg/cm2）、低电液比（6.2 μL/mg(S)）条件下，实现了6.0 mAh/cm2的面容量，0.1C循环100圈后的容量保持率为80.3%。
相关工作以“Modulating the Coordination Environment of Single Fe Atoms with Enhanced Electrocatalytic Performance for Advanced Li-S Batteries”为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。该工作的第一作者是我所DNL0306副研究员邵钦君。以上工作得到国家自然科学基金、辽宁省自然科学基金、中国科学院A类先导专项“高能量密度锂硫储能系统”、我所创新基金等项目的资助。（文/图 邵钦君）
文章链接：http://doi.org/10.1002/adfm.202501627
