周口师范学院AFM：二维单原子催化剂与锂硫电池沉积/溶解动力学

锂-硫电池使用轻量化硫阴极与金属锂阳极，具有较高的理论能量密度，是有潜力的下一代储能载体，但目前仍有瓶颈需要解决。阳极方面，受电极界面锂离子及电场强度不均的影响，锂枝晶与锂体相易被破坏产生尖端放电效应，该效应会加剧上述的不均匀性产生更严重的锂枝晶，形成恶性循环。阴极方面，硫阴极导电性差，充放电过程中产生的Li₂S、Li₂S₂会进一步减弱其导电性、产生的多硫化物会引起穿梭效应，同时还存在严重的体积膨胀问题。基于上述瓶颈，研究者们做了大量的基底设计与电极改性工作，重点就是阴阳极表面的沉积/溶解动力学强化。其中，单原子催化剂具有原子利用率高、活性位点密度及外漏度高、化学环境可调性强、少量高效等优势，在促进硫氧化还原反应、Li⁺/Li⁰转化、Li⁺溶剂化/去溶剂化及迁移等方面取得了较大进展。石墨烯、MXenes、过渡金属二硫化物等层状结构二维材料具有比表面积大、导电性强、热稳定性高等优点，可用于阴阳电极的制备以改善导电性与抗体积膨胀性等性能。

单原子二维催化剂在解决上述问题中具有明显优势，因此，周口师范学院程凯鹏博士对该方面进展进行系统梳理，并于Advanced Functional Materials期刊发表题为“Atom-Level 2D Catalysts Accelerating Deposition/Dissolution Kinetics in Lithium–Sulfur Batteries”综述论文。本工作是周口师范学院首次以第一单位在Advanced Functional Materials发表论文，通讯作者为化学化工学院陈亚红教授。

本工作介绍了单原子二维催化剂的制备方法，分析了其对锂硫电池中涉及的沉淀/溶解过程动力学影响机制，并指出制备高活性与稳定性原子级二维催化剂并深入分析其强化机理的必要性。最后对今后研究的重点进行展望：第一，单原子的负载量直接影响活性中心数，但过多负载会影响催化剂稳定性、电导率，因此通过对单原子负载机理的深入分析并探明理性设计机制尤为重要。第二，目前单原子催化剂多集中于金属单原子，对非金属单原子二维催化剂研究较少。第三，目前关于单原子二维催化剂对锂硫电池增效机理的探究手段较为单一，更高效简明的机理探测与分析方法的开发也对该领域的发展具有很好的促进作用。

Cheng K.P. et al., Atom-Level 2D Catalysts Accelerating Deposition/Dissolution Kinetics in Lithium–Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials, 2024.