作者：史子雄, Matthew Li, 孙靖宇*, 陈忠伟*
单位：苏州大学，滑铁卢大学
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锂硫电池由于诸多优点已经获得了科研工作者的广泛关注，目前限制其大规模应用的瓶颈主要在于多硫化物的穿梭效应和氧化还原动力学缓慢等。近年来缺陷工程作为一种有效的策略已经被广泛应用于锂硫电池的媒介设计，以实现锂硫电池硫反应动力学过程的显著提升。基于此，苏州大学能源学院孙靖宇教授课题组联合加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授课题组在Advanced Energy Materials上发表题为“Defect Engineering for Expediting Li–S Chemistry: Strategies, Mechanisms, and Perspectives”的综述论文。苏州大学2019级硕士研究生史子雄为第一作者；孙靖宇教授和陈忠伟教授为共同通讯作者。
背景介绍
锂硫电池因其高的能量密度、低成本和环境友好等特性，作为新一代的储能体系受到广泛关注。然而，充放电过程中缓慢的氧化还原动力学反应，以及中间多硫化物的穿梭效应仍然限制了高性能锂硫电池的商业化应用。解决上述问题的关键之一是合理设计媒介材料，有效促进锂硫电池的氧化还原动力学，最终实现有利的硫反应化学。
缺陷工程被认为可以优化纳米材料的电子结构，从而增加活性位点并提升催化活性。因此在锂硫领域中缺陷工程已经被广泛应用于改善媒介材料的吸附和催化效应，从而实现对于多硫化物的有效锚定和快速转化，追求高比能和长寿命锂硫电池。
文章解析
该综述论文从本征缺陷、空位、掺杂以及单原子四个方面总结了缺陷工程的合成策略，并且详细分析了各类缺陷剂在管理多硫化物、加速硫反应动力学中的具体反应机制。除此之外，还解析了缺陷媒介在锂硫电化学反应过程中的原位演化过程。最后，论文展望了缺陷工程在锂硫领域的未来发展方向。该文章将为目前和未来锂硫电池的媒介材料设计提供参考，有助于加速高比能锂硫电池领域的研究及实际应用。
要点一：概述锂硫电池的基本反应原理和动力学过程。从动力学和热力学的角度重点分析了锂硫电池中的双向硫氧化还原化学，并指出了硫还原过程的决速步骤以及硫氧化过程的反应路径和调控思路。
要点二：总结缺陷工程的四种类型，介绍其合成和表征。将锂硫电池领域的缺陷工程分成本征缺陷、空位、掺杂和单原子四个种类。重点阐述了单原子催化剂的高载量、大规模、普适性合成思路，以及其必要的表征手段。
要点三：揭示缺陷媒介对于多硫化物的吸附和催化机制。结合电化学动力学测试、DFT计算模拟以及先进原位表征详细分析了各种缺陷媒介对多硫化物的吸附和转化效应。从缺陷媒介的电子结构的角度出发分析其作用机制，并通过对过量缺陷副作用的分析，阐明了缺陷工程调控锂硫反应动力学的复杂性。
要点四：解析缺陷位点在多硫转化过程中的原位演化。借助先进的原位/间位表征技术重点分析了空位缺陷在锂硫电池反应过程中的原位可逆演变过程，对于确立硫反应过程中真实的催化活性中心具有重要意义。
总结与展望
我们系统总结了锂硫电池领域基于缺陷工程的媒介设计的最新进展，分析了缺陷工程用于加速锂硫化学反应动力学和追求长寿命锂硫电池方面的重要价值。最后，我们还从材料创新，精准合成，原位表征，机制理解，理论指导和实际应用六个角度对缺陷工程在锂硫电池中的未来发展进行了展望。
作者介绍
孙靖宇 苏州大学能源学院特聘教授，博士生导师。北京石墨烯研究院兼职研究员，石墨烯直接生长课题组组长。九三学社社员，国家四青人才，江苏省双创人才。江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室主任。苏州大学——北京石墨烯研究院产学研协同创新中心主任。担任《科学通报》期刊编委（材料科学方向）；J. Energy Chem.期刊编委；InfoMat期刊青年编委。主要从事石墨烯基材料的化学气相沉积直接制备及其能源应用研究。发展了低维碳材料直接生长的Direct-CVD技术，研究成果被Nat. Mater.、中国科学报、科学网等亮点报道。以通讯作者在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Nat. Commun., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano等学术期刊上发表研究论文140余篇。课题组主页：http://www.sunjingyulab.com
陈忠伟，加拿大滑铁卢大学(University of Waterloo)化学工程系终身资深教授。加拿大皇家科学院院士，加拿大工程院院士。滑铁卢大学电化学能源中心主任，加拿大国家首席科学家(CRC-Tier 1), 国际电化学能源科学院副主席，入选全球高被引科学家。陈忠伟院士带领一支约70人的研究团队常年致力于燃料电池，金属空气电池，锂离子电池，锂硫电池，锂硅电池，液流电池等储能器件的研发和产业化。近年来在Nat. Energy, Nat. Nanotech., J. Amer. Chem. Soc.，Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy. Environ. Sci. 等国际知名期刊发表SCI论文300余篇，被引30000余次, H-index指数87，并担任ACS Applied & Materials Interfaces副主编。
文献来源
Zixiong Shi et al., Defect Engineering for Expediting Li–S Chemistry: Strategies, Mechanisms, and Perspectives, Adv. Energy Mater. 2021, DOI: 10.1002/aenm.202100332.
