​中南AFM：S-Co-SACs/NSC助力Li-S电池

单原子催化剂（SACs）作为提高锂-硫（Li-S）电池性能的添加剂被广泛探索，但是设计高催化性能的SACs和深入了解SACs的构-效关系仍然是一个巨大的挑战。

基于此，中南大学张福勤教授等人报道了通过引入S原子取代第一配位壳层中的N原子，从理论上预测了Co位的电子重分布，从而增强了多硫化锂（LiPSs）的锚定能力，同时促进了Li-S电池的氧化还原过程。测试结果表明，S-Co-SACs/NSC作为Li-S电池的双向催化剂，在5 C下可获得834 mAh g⁻¹的高放电容量，当E/S比降低到8 μL mg⁻¹，硫负载量进一步提高到7.8 mg cm⁻²时，其面积容量达到7.0 mAh cm⁻²。

作者计算了不同Li₂S_x（x=1、2、4、6和8）在S-Co-SACs/NSC和Co-SACs/NC上的优化吸附几何形状和结合能。对比Co-SACs/NC，LiPSs在S-Co-SACs/NSC上的结合能更高，表明锚定能力增强。

同时，作者还计算硫转化反应的吉布斯自由能（∆G）)值，以评价S-Co-SACs/NSC和Co-SACs/NC的催化活性。在Li₂S₂还原为Li₂S过程中，∆G的增加幅度最大，是整个还原过程中的速率决定步骤。

此外，S-Co-SACs/NSC催化剂决定性步骤的∆G值小于Co-SACs/NC催化剂的∆G值，表明S-Co-SACs/NSC催化剂的硫还原热力学更有利。Li₂S在S-Co-SACs/NSC上的分解势垒比在CoSACs/NC上的分解势垒要低，表明在S-Co-SACs/NSC催化中心的调节下，Li₂S的解离过程更容易，从而大大增强了Li-S电池的分解过程。

总之，不对称配位的S-Co-SACs/NSC增强了SACs与硫种之间的d-p轨道杂化，增强了吸附能力和催化活性，从而改善了LiPSs的穿梭，加快了Li-S电池的氧化还原动力学。

Strengthened d-p Orbital-Hybridization of Single Atoms with Sulfur Species Induced Bidirectional Catalysis for Lithium–Sulfur Batteries. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202306049.