​福大张久俊/颜蔚/左银泽Nano Energy：多催化中心的ZnIn2S4@In2O3异质结构用于锂硫电池

锂硫（Li-S）电池中可溶性多硫化锂（LiPSs）的“穿梭效应”会导致硫氧化还原反应动力学缓慢和容量快速衰减，严重限制了锂-硫电池的大规模实际应用。

在此，福州大学张久俊，颜蔚，左银泽等人采用具有多个催化中心的自恢复催化剂，通过ZnIn₂S₄-In₂O₃-ZnIn₂S₄三明治状结构实现了S₈与Li₂S的串联氧化还原反应。其中，外层的ZnIn₂S₄纳米片网络可以优先吸附S₈，中间的In₂O₃作为吸附介质保证S₈吸附并转化为长链Li₂S₆/Li₂S₄，内层的ZnIn₂S₄可以进一步催化长链Li₂S₄向短链Li₂S₂/Li₂S的转化。

ZnIn₂S₄能够更好地降低Li₂S溶解的能垒，并进一步将其转化为元素硫（S₈）。在此过程中，In/O和In/Zn活性位点通过交替催化模式重新暴露，实现活性位点的自我恢复，从而增强长期催化活性。

图1. 不同催化剂解决Li-S电池“LiPS”穿梭效应的催化机制

总之，该项工作报道了一种涂覆在隔膜上的具有多个催化中心的ZnIn₂S₄@In₂O₃自恢复催化剂，该催化剂通过对锂硫电池的级联催化，通过自恢复效应将硫氧化还原反应分为不同的步骤。三明治状的ZnIn₂S₄-In₂O₃-ZnIn₂S₄结构的空间位阻和不同催化活性位点之间的相互作用有助于实现不同的吸附强度，诱导含硫物质的交替催化能力和吸附以及活性位点的自我恢复。结果显示，ZnIn₂S₄@In₂O₃基电池显着增强了倍率容量、循环稳定性和高面积容量。

特别地，锂硫电池在1.0 C倍率下循环700次后仍保持429.5 mAh g^-1的高容量。即使是硫负载量高达8.0 mg cm^-2的电池，初始容量也高达1165.4 mAh g^-1。因此，该工作准确揭示了锂硫电池不同反应阶段具有自恢复活性位点的多个催化中心的反应机理，并同时加速还原和氧化过程。该项工作制定的策略可以作为开发更高效、更实用的锂硫电池的指南。

图2.电池性能

Self-Recovery Catalysts of ZnIn2S4@In2O3 Heterostructures with Multiple Catalytic Centers for Cascade Catalysis in Lithium−sulfur Battery, Nano Energy 2023 DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109078