近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院（张久俊院士团队）在水系锌硫电池领域继《Nature Communications》成果发表后又取得最新研究进展，相关成果以“Electron Bridge Effect Induced by Iodide Catalysis for Enhancing ZnS Activation in Aqueous Zinc−Sulfur Batteries”为题发表于国际顶级期刊《ACS Energy Letters》（影响因子18.2，中科院一区）。

水系锌硫电池是应用于大规模电力电网和便携式设备中极具前景的储能系统之一。然而，其实际应用受限于硫本征的绝缘性以及硫与硫化锌（ZnS）之间的固−固转化反应动力学缓慢。其中，ZnS晶格中具有较强的Zn−S键，导致其氧化反应能垒较高。此外，充电过程中的高电位还会诱发活性水分子与ZnS发生副反应，生成不可逆的硫酸盐副产物，进而导致容量快速衰减与库仑效率降低。目前，采用电解质添加剂（如碘化锌、碘化胆碱等碘化物）已成为促进ZnS活化反应的一种有效策略。然而，ZnS的电化学氧化过程中详细电荷转移机制仍缺乏深入的理解。此外，I⁻离子与ZnS之间的相互作用必然受到ZnS固有物理/化学性质的影响，但这些性质与ZnS氧化反应动力学之间的构效关系仍不清楚。

基于此，该研究设计了一种富含硫空位的中空结构ZnS（V_s−ZnS）纳米管，得益于协同的结构优化与硫缺陷工程，V_s−ZnS纳米管可提供丰富的路易斯酸位点，显著增强对I⁻离子的化学吸附作用，从而弱化Zn−S键，并将V_s−ZnS纳米管的活化能降低至34.47 kJ mol⁻¹。通过结合原位拉曼光谱、电化学研究与理论计算，研究表明所形成的I−Zn−S基团能够作为电子桥诱导电子从S位点向I位点转移，进而促进ZnS的电化学分解。此外，循环过程中产生的放电产物ZnS具有更丰富的晶格缺陷，进一步增强了电子桥效应。所制备的V_s−ZnS正极表现出优异的长循环稳定性，在2.0 A g⁻¹下经过1500次循环后容量衰减率为0.042%/圈。在17.50 mg cm⁻²的高载量条件下，V_s−ZnS正极可实现4.81 mAh cm⁻²的高面容量。即使在−20℃的低温环境下，V_s−ZnS正极在0.01 A g⁻¹下仍能保持314 mAh g⁻¹的可逆比容量。此外，该正极可与20μm超薄锌负极匹配使用，展现出良好的实际应用潜力。该研究从原子尺度揭示了碘催化作用下ZnS电化学氧化过程中的电荷转移机制，阐明了I⁻离子与ZnS之间的本质相互作用。此外，该研究建立了ZnS的本征物化特性与其活化反应动力学之间的构效关系，为设计用于先进水系锌硫电池的新型ZnS正极提供了合理的科学依据。

我院2023级硕士研究生林建东为论文的第一作者。论文通讯作者为福州大学雷杰副教授、颜蔚研究员和张久俊院士。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。论文获得国家自然科学基金青年项目(22409029)、国家自然科学基金外国资深学者研究基金(22250710676)、福建省自然科学基金(2024J01354)、福州大学科研基金(511336, 511338) 以及贵重仪器设备开放测试基金(2024T005, 2024T009)支持。

文章信息：Jiandong Lin, Jie Lei,* Yinze Zuo, Yue Lu, Yong Yan, Peining Lin, Rongxin Gao, Mingquan Liu, Wei Yan,* and Jiujun Zhang*. Electron Bridge Effect Induced by Iodide Catalysis for Enhancing ZnS Activation in Aqueous Zinc−Sulfur Batteries. ACS Energy Lett. 2025. Accept.

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c03081.