二维过渡金属二硫属化物（TMDCs）显示出作为Li-CO₂电池高效催化剂的巨大潜力，然而目前对TMDCs的基面工程在实现Li-CO₂电池的双功能催化方面研究相对较少。

在此，清华大学深圳国际研究生院成会明院士、周光敏副教授及邹小龙副教授等人通过DFT计算指导MS₂（M = Mo, W, Re）基面中S空位或N掺杂剂工程的设计，单独使用S空位工程或N掺杂工程很难同时实现高效的CO₂RR和CO₂ER活性。

研究表明，ReS₂平面中的亲核N掺杂剂和亲电子S空位分别调控了与中间体中的 Li 原子和C/O原子的相互作用，二者对优化Li-CO₂电池的CO₂RR和CO₂ER活性具有互补作用。亲电和亲核双中心在放电和充电期间显示出与所有中间体的合适吸附，从而降低了决速步骤的能量势垒，这表明为Li-CO₂电池制备了优异的双功能催化剂。

图1. DFT计算引导设计MS₂基面中的活动中心

因此，通过这种基面调控设计的双功能催化剂（NSV-ReS₂(5)/CP）在20 μA cm^-2的电流密度下显示出 0.66 V的超小电压间隙和81.1%的超高能量效率，放电时间为5小时。这表明该催化剂优于先前报道的类似条件下的Li-CO₂电池正极催化剂，甚至优于放电产物为Li₂C₂O₄的Mo₂C催化剂。

此外，差分电化学质谱（DEMS）测试还显示NSV-ReS₂(5)/CP催化剂具有高度可逆的CO₂RR/CO₂ER性能和优异的稳定性。这项工作表明，亲电和亲核双中心的工程为Li-CO₂电池制备了出色的双功能MS₂催化剂，可以扩展到金属-气体电池的其他双功能催化剂。

图2. NSV-ReS₂(5)/CP催化剂的高可逆性和稳定性

Designing Electrophilic and Nucleophilic Dual Centers in the ReS2 Plane toward Efficient Bifunctional Catalysts for Li-CO₂ Batteries, Journal of the American Chemical Society 2022. DOI: 10.1021/jacs.1c12096