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在锂硫电池研究方面取得新进展，相关成果以“Self-Recovery Catalysts of ZnIn₂S₄@In₂O₃ Heterostructures with Multiple Catalytic Centers for Cascade Catalysis in Lithium-sulfur Battery”为题发表于《Nano Energy》（TOP期刊，JCR 1区，IF=17.6）。

锂硫（Li-S）电池具有理论能量密度高（2600 Wh kg^-1）、成本低、环境友好等优点，被认为是最有前途的下一代储能和转换二次动力电池之一。然而，由于在充放电过程中生成的可溶性多硫化物（LiPSs）溶解在电解液中并在浓度差作用下向负极迁移引起的“穿梭效应”，导致不可逆的阴极硫损失，阳极持续腐蚀，电解质消耗异常，并最终导致低的放电容量和差的循环稳定性。因此，解决LiPSs的“穿梭效应”对于充分发挥Li-S电池的潜力至关重要。

为了解决上述问题，催化概念被成功引入到Li-S电池中，催化剂可以加速多硫化物转化，提升硫还原反应动力学，可以有效抑制“穿梭效应”。然而催化剂在复杂的硫还原反应过程中可能会面临结构改变以及活性位点失活等问题，因此，一个理想的催化剂应该对其催化活性位点具有自恢复作用。否则，中间产物LiPSs很容易形成并覆盖在催化剂表面，使催化剂在后续反应中钝化从而失去催化活性，针对这一问题，我们提出了多活性位点自修复催化剂级联催化的概念，这被认为是解决LiPSs“穿梭效应”最有效的解决方案之一，而这种自恢复效应能够保证催化剂保持长久稳定的催化活性，从而确保级联催化的成功进行。

本工作成功地制备出一种具有三明治结构的ZnIn₂S₄-In₂O₃-ZnIn₂S₄复合材料，并将其作为锂硫电池隔膜修饰层，表现了出色的电池性能。通过原位/非原位测量和理论计算，研究了多组分复合材料在富含LiPSs的环境中电化学反应的动态相演化机制。这项研究验证了具有多个催化中心的自恢复催化剂可以实现级联催化，为设计多功能催化剂来合理调节LiPSs的氧化还原反应提供了新的思路。

锂硫电池，催化剂结构和级联催化示意图

该论文第一作者为22级博士生焦学超，通讯作者为张久俊院士，颜蔚教授，左银泽老师。

论文来源：Jiao X, Hu J, Zuo Y, et al. Self-Recovery Catalysts of ZnIn₂S₄@In₂O₃ Heterostructures with Multiple Catalytic Centers for Cascade Catalysis in Lithium-sulfur Battery. Nano Energy 2023.

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.109078