兰大周金元、南工业孙庚志、兰理工孙国文等CEJ：揭示非晶态MoS2上多硫化物催化转化电子尺度起源，实现超稳定锂硫电池

第一作者：李佳悦

通讯作者：孙国文，孙庚志，周金元

伴随着电动汽车的加速普及和便携式电子设备的快速发展，传统锂离子电池的能量密度已难以满足未来发展的需求。在众多候选者中，锂硫电池（LSBs）因其极高的理论能量密度（2600 Wh kg−1）和比容量（1675 mAh g−1），以及硫元素的天然丰富、低成本和环境友好性，被视为极具应用潜力的新一代储能系统。然而，LSBs的商业化仍面临重大挑战：多硫化锂（LiPSs）在电解液中的固有溶解及其缓慢的氧化还原动力学引发了严重的“穿梭效应”，导致活性物质大量流失。为了解决这些问题，高极性的过渡金属二硫属化物（如MoS2）因其独特的电子结构和对LiPSs的强化学亲和力，被广泛用于锚定LiPSs并加速其反应动力学。然而，高结晶度的MoS2表面通常只暴露有限的活性位点，催化性能常受限于其高度有序的晶面。近年来，无定形相材料因其丰富的无序原子网络、空位和悬挂键而备受关注。尽管无定形化已被证明能有效调节电子结构并提升电催化性能，但其在锂硫化学中增强催化性能的电子尺度起源及相关工作机制仍不清晰。如何深入探究无定形MoS2的催化活性来源并实现稳定高效的催化转换，仍是亟待突破的关键科学问题。

近期，兰州大学周金元教授团队，南京工业大学孙庚志教授团队与兰州理工大学孙国文青年教师合作，在国际期刊Chemical Engineering Journal发表了题为“Revealing the electronic-scale origins of polysulfide catalytic conversion on amorphous MoS2 toward ultrastable lithium–sulfur batteries”的最新研究成果。研究团队提出了一种原位生长策略，通过调节水热过程中前驱体的摩尔比进而调控生长在碳纳米管（CNTs）上的MoS2纳米片的结晶程度。

研究表明，无定形MoS2拥有丰富的缺陷和配位不饱和位点，不仅能够增强对LiPSs的化学吸附，还能极大加速其氧化还原动力学。结合密度泛函理论（DFT）计算，该无定形结构不仅为Li2S2/Li2S物种提供了更高的吸附能，还促进了电荷离域和界面电子转移，从而有效降低了多硫化物的转化能垒。得益于无定形MoS2与3D高导电CNTs骨架之间协同的“锚定-催化”双功能效应，优化的 0.1MoSx@CNTs 复合材料展现出极高的硫利用率和卓越的电化学可逆性。该研究不仅为无定形催化剂的催化本质提供了理论依据，也凸显了其在开发高效锂硫电池中的巨大潜力。

本研究聚焦于无定形MoS2的催化活性起源，提出了一种通过前驱体比例调控实现MoS2结构由晶态向无定形态转变的新策略。

该研究表明，基于碳纳米管的三维导电网络骨架原位构建的无定形MoS2复合材料，显著提升了对多硫化锂的化学吸附能力和催化转化动力学。本研究深入揭示了无定形相在提升锂硫电池催化效能上的本征优势，为未来开发长寿命、高能量密度储能器件中的先进非晶态催化剂提供了极具价值的设计思路与理论依据。

Jiayue Li, Meng Jing Jin, Wei Kang, Chengzhu Yi, Yanchun Wang, Jing Liu, Hongruo Ma, Limao Cairang, Renqian Tao, Zhenxing Zhang, Xiaojun Pan, Guowen Sun, Gengzhi Sun, Jin Yuan Zhou, Revealing the electronic-scale origins of polysulfide catalytic conversion on amorphous MoS2 toward ultrastable lithium–sulfur batteries, Chemical Engineering Journal, Volume 532, 2026, 174206, ISSN 1385-8947

孙国文，兰州理工大学青年教师，研究方向为能源材料与器件，主要面向场调控催化剂的应用研究。近五年共发表SCI论文29篇（其中SCI二区及以上论文24篇），一作及共一/通讯作者在J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Energy Storage Materials, Chemical Engineering Journal等国际高水平期刊发表SCI论文13篇，H-index=13；任Microstructures、Journal of Electrochemistry、Energy and Environment Nexus、Renewable and Sustainable Energy等期刊青年编委。主持甘肃省优秀研究生项目1项，中央高校基本科研业务费1项，兰州理工大学青年交叉项目一项，入选2024年度中国科协青年人才托举工程博士生专项计划。担任ACS Nano、Small、Journal of Alloy Compounds、Journal of Energy Chemistry等国际期刊的审稿人。

孙庚志，南京工业大学先进材料研究院教授、博士生导师、江苏特聘教授。近年来在Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials、ACS Nano等国际期刊发表SCI论文170余篇，6篇入选ESI高被引论文，1篇入选热点文章。先后主持国家自然科学基金2项、江苏省自然科学基金1项、江苏省六大人才高峰B类项目。长期担任Nature Communications、Advanced Materials、Advanced Energy Materials等国际期刊的审稿人。

周金元，兰州大学物理学院教授、博士生导师，2021年增选为材料与化工专业学位研究生教育指导委员会委员。迄今为止，主持和参与省部级项目6项，已在Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、 Angew. Chem. Int. Edit.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、eScience、Energy Storage Mater.、Sensor Actuat. B-Chem.、Appl. Phys. Lett.等国际知名SCI期刊杂志上发表了200余篇学术论文。

李佳悦，兰州大学物理科学与技术学院2023级硕士，研究方向为能源材料与器件，主要面向无定形二维材料的应用研究，在Chemical Engineering Journal 上发表相关学术成果。