为了解决锂硫电池中多硫化物的穿梭效应并实现对其高效催化转化，通常在正极材料中引入金属类材料，通过金属的强极性和电催化作用锚定并快速转化多硫化物。然而，金属材料固有的高原子聚集态使得其内部原子不能被充分利用，团聚后形成的大颗粒不仅阻碍离子传导而且降低了电极的能量密度。为了解决上述问题，通常利用各种严苛的实验手段合成超细金属微粒，以提升原子利用率。
在该项工作中，作者借助纤维素独特的化学环境，通过水解沉积的创新策略，在绿色水相体系中、室温下将含铁和含钌超细金属微粒沉积在纤维素表面。上述过程中没有使用任何酸碱试剂和氧化还原试剂，可以实现规模化制备。水解沉积得到的钌基金属微粒在纤维素表面分布均匀、尺寸接近原子团簇。
2025年11月17日，该研究以“Scalable Decoration of Ultrafine Metallic Grains via Hydrolysis-Induced Deposition for Enhanced Sulfur Utilization in Lithium-Sulfur Batteries”为题名的论文发表在期刊《Advanced Functional Materials》（IF=19）上。黄洋副教授和苏浩副研究员为本文共同第一作者，夏晖教授、郭智教授为论文共同通讯作者。
Figure 1. 基于纤维素化学环境水解沉积和碱法沉积含钌金属微粒对比示意图
通过对电化学数据进行分析和研究表明，经水解沉积形成的配位态含钌金属微粒能够对多硫化物产生较强的相互作用，同时极大地促进了含硫活性物质间的液—固相互转化。密度泛函理论计算和差分电荷密度分析则从原子的视角阐明了金属—纤维素独特的配位结合方式对提升其电催化作用的重要贡献。
Figure 2. 材料电子显微镜观测及元素含量和分布测试
Figure 3. 材料学基本表征和测试分析
Figure 4. 电化学基本表征和测试
Figure 5. 多硫化物吸附和催化转化分析研究
Figure 6. 原位Raman对比分析和差分电荷比较研究
该工作是团队近期关于生物质基材料用于先进锂硫电池体系的重要进展之一。锂硫电池理论能量密度是传统锂离子电池的5倍以上，然而针对溶解性多硫化物的有效控制和高效转化是亟待解决的关键难题。该团队曾利用造纸工业废弃物木质素磺酸盐作为硫载体制备锂硫电池正极材料，木质素磺酸盐不仅有效锚定多硫化物，而且还提供了锂离子快速传递的活性位点（Int. J. Biol. Macromol. 2025, 305, 141279）。此外，团队还利用廉价的微米纤维素合成了具有三元复合结构的锂硫电池正极，该正极可同步实现针对多硫化物的穿梭控制和催化转化，该工作还重点阐明了低曲率导电载体对于单质硫稳定结合和硫化锂均匀沉积的重要意义（Chem. Eng. J. 2025, 521, 166953）。团队还通过气相沉积的手段将3D多孔BN包覆于导电碳纤维表面，利用BN的大极性和孔结构抑制穿梭效应。结果表明具有3D特殊微结构的BN比常规2D片层BN展现出更为优良的电催化作用（Chem. Eng. J. 2024, 485, 150042）。在针对金属配位聚合物的研究中，团队成员先后将其用于锂硫电池的功能夹层和电池正极，以配位形式结合的金属元素对于多硫化物吸附和催化效果显著，而基体上的功能基团则在促进锂离子快速传导方面发挥重要作用（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2314976; Carbon 2025, 231, 119739; J. Mater. Chem. A Revision）。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202526571
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