相对于传统锂离子电池，以金属锂为负极、单质硫为正极活性物质的二次锂硫电池具有理论能量密度高(2600 Wh/kg)、环境友好、成本低的显著优势。发展先进锂硫电池技术可有力支撑双碳战略，是国家重大需求。但锂硫电池的发展也面临一些挑战，其中之一在于电池放电中间产物多硫化锂在两极间的“穿梭效应”导致电池循环稳定性差。化工学院盘锦分院张凤祥课题组近年来一直致力于该问题的解决，近期在高活性单原子和异质结催化剂促进锂硫电池循环性能方面取得系列重要进展。
课题组基于锰单原子高催化活性的优势，首先发展了一种MOF原子蒸发-氨刻蚀耦合策略以增加催化剂锰原子的载量，提升吸附/催化多硫化物的能力，所制备的高载量锰单原子催化剂作为隔膜修饰材料能够显著促进多硫化物转化，抑制穿梭，改善电池的长循环容量保持率(Chem. Eng. J.https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136258)。进一步分别引入金属钴原子(J. Mater. Chem. A.https://doi.org/10.1039/D2TA01107G)和非金属硫原子(ACS Appl. Mater. Interfaces. https://doi.org/10.1021/acsami.2c12114)对金属锰原子的核外电子分布进行调控。由于杂原子的引入，形成新的化学键以及大量的结构缺陷，所得催化剂的催化能力得到提升，应用于锂硫电池时能够明显改善倍率性能和循环稳定性。电池在2 C电流密度下，循环1600圈后比容量衰退仅为每圈0.037%。
另外，该课题组通过简单的热解掺杂法制备了Ni2P−Co莫特-肖特基异质结催化剂并应用于锂硫电池，实验结果及DFT计算表明，在两相界面处的内置电场对于多硫化物的转化和电子的传输具有明显的优化作用。该催化剂组装的电池以高倍率（4 C）循环700圈后，比容量仍高达570 mAh g-1(ACS Appl. Mater. Interfaces.https://doi.org/10.1021/acsami.2c19735)。
以上催化剂制备方法简单，原料易得，绿色环保，能够显著改善锂硫电池性能，显示出良好的应用前景。相关工作主要由2019级博士生乔少明、2020级硕士生张强等人完成，受到了国家自然科学基金、大连市科技创新基金、中央高校基本科研业务费等经费的资助。
