在锂硫（Li-S）电池研究领域，一项新的突破性成果为高效耐用的单原子催化剂的开发带来了希望。这一成果由北京航空航天大学的高秋明教授与中国科学院高能物理研究所的郑黎荣副研究员共同取得，并在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表。
研究人员致力于解决Li-S电池中硫氧化还原反应（SROR）的关键难题，通过创新的方法，成功制备了锚定在N、S共掺杂多孔碳（Ni-NSC）上的欠配位Ni-N3基团。这一创新不仅提升了SROR的效率，还为Li-S电池的性能带来了显著提升。
实验与理论计算的结果表明，Ni单原子催化剂中的对称性破缺电荷转移，得益于硫原子对Ni-N3基团的调节作用。这种调节不仅促进了化学吸附，还通过增强的电子转移，实现了多硫化物的快速氧化还原转换。这一发现为优化Li-S电池中的活性位点提供了新思路。
在实际应用中，Ni-NSC基Li-S电池展现出了卓越的性能。其初始可逆容量高达1025 mAh g-1（在1 C条件下），并且在2 C和3 C条件下，经过2400次循环后，仍能保持出色的稳定性。当硫负载增加到5.88 mg cm-2时，电池的面积容量可达到7.8 mAh cm-2（在0.05 C条件下），并且在0.2 C条件下经过100次循环后，容量仍能保持在4.7 mAh cm-2。
图：Ni-NSC样品的制备流程和物理化学特性展示
图：Ni-NSC基Li-S电池的电化学性能测试结果
这项研究不仅揭示了Ni-NSC催化剂在Li-S电池中的优异性能，还深入分析了其背后的机制。研究人员发现，Ni-NSC对多硫化物（LiPSs）的强吸附能力，以及其对硫氧化还原反应的高活性，是电池性能提升的关键因素。这一发现为进一步优化Li-S电池提供了重要的理论依据和实践指导。
图：Ni-NSC对LiPSs的吸附能力和硫氧化还原反应活性分析
高秋明教授和郑黎荣副研究员的研究工作为Li-S电池的发展注入了新的活力。他们通过创新性的方法，成功制备了高效耐用的单原子催化剂，并深入探讨了其背后的机制。这一成果不仅为Li-S电池的性能提升提供了新思路，也为其他相关领域的研究提供了有益的借鉴。
