山大熊胜林AM：催化剂活性位点的自清洁助力高性能锂硫电池！

对于已被充分探索的Li-S催化化学，多硫化锂在催化材料上缓慢的吸附-迁移-转化动力学和Li₂S沉积引起的活性位点钝化限制了S的快速和完全转化。

山东大学熊胜林等提出并展示了一种新型的催化剂配置，它可以从根本上改变研究界传统的S宿主设计。

图1. LiPSs的分子内串联转化和Zn₈的结构

具体而言，这项工作设计了一个八核Zn₈-(Me₄Si₄O₈)₂(azopz)₈团簇（Hazopz=3,5-二甲基-4-（苯基偶氮）-1H-吡唑，缩写为Zn₈），并将其作为一个功能性S宿主。它包括一个赤道的Zn₈环，由两个Me₄Si₄O₈^4-上下夹着，并进一步由八个azopz− 修饰。

动态测试、密度泛函理论（DFT）计算和原位/非原位表征表明，以N、O和Zn为中心的活性位点与Zn₈团簇内的空间阻碍协同作用，促成了LiPSs独特的分子内串联转化机制。具体来说，外部的偶氮基团可以有效地固定长链LiPSs，由于具有更强的吸附能力，进一步生成的Li₂S₂而迁移并沉积在内部的O位点上，最终的放电产物（Li₂S）以同样的方式沉积在最内部的Zn位点上。

图2. 对Zn8的催化性能的研究

受益于这种机制，Zn₈簇实现了LiPSs的快速转换和活性位点的自清洁，组装的锂硫电池表现出令人满意的循环和倍率性能。总体而言，这项研究开创了LiPSs多级催化剂的设计，并分析了这一机制背后的新型机制和基本原理，它为理解团簇涉及的Li-S催化机制提供了新的启示。

此外，从团簇的结构和化学可调性出发，可以建立结构-性能-功能关系，这将为其他催化领域的先进催化剂设计提供一种有前景的策略。

图3 Li-S电池性能

A Zn8 Double-Cavity Metallacalix[8]arene as Molecular Sieve to Realize Self-Cleaning Intramolecular Tandem Transformation of Li−S Chemistry. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202207689

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