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硫還原反應最多包括16個電子的轉移，因此Li-S電池能夠具有非常高的能量密度，能量密度顯著的超過Li離子電池。但是Li-S電池的動力學非常緩慢，并且表現低容量和低循環壽命，是Li-S電池邁向實用需要克服的主要挑戰和難點。由于這些缺點，Li-S電池的電催化劑需要在原子利用率和特定位點之間平衡，從而實現高效的硫還原反應。這需要人們深入理解催化活性位點的原子結構對硫還原反應的敏感性。

有鑒于此，中國科學技術大學季恒星、武曉君、金松等報道控制Fe原子組裝的個數，從單個原子、兩個原子、三個原子進行分類，并且確保Fe原子固定在碳載體內，通過比較不同Fe原子位點的電催化活性，發現Fe原子數目與硫還原電催化活性之間的火山形變化規律。

主要內容

（1）

考察硫還原催化反應活性與鐵原子之間的關系，發現硫還原催化反應與Fe原子數目之間的火山型規律。通過原位XAS和XRD光譜表征，觀測發現增加一個硫原子能夠導致多硫化物吸附-脫附和電化學轉化反應動力學的加快或減慢的變化。

（2）

這項研究說明兩個鐵原子的催化活性位點是最合適的結構，能夠最大利用原子，并且能夠很好的處理硫中間體，從而在Li-S電池中實現高達23.8 mAh cm^-2的實際容量，而且實現高達21.8 mg cm^-2的硫負載量。這項研究展示了原子利用率和特定步驟所需的原子之間進行平衡對于優化Li-S電池電催化活性的重要性。

參考文獻

Guolei Cai, Haifeng Lv, Guikai Zhang, Danqing Liu, Jing Zhang, Jiawen Zhu, Junjie Xu, Xianghua Kong, Song Jin*, Xiaojun Wu*, and Hengxing Ji*, A Volcano Correlation between Catalytic Activity for Sulfur Reduction Reaction and Fe Atom Count in Metal Center, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.3c14312

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c14312