具有高理論能量密度的鋰硫（Li-S）電池長期以來被認為是鋰離子電池的替代儲能裝置。然而，多硫化物的穿梭效應會引發快速的容量衰減和短暫的電池壽命，這嚴重阻礙了其實際利用。

北京理工大學陳人杰、復旦大學Jie Xu、安徽工業大學吳孔林等構建了一種高效的電催化劑，包括植入分級多孔碳骨架（Fe/Co-N-HPC）中的氮（N）配位二元金屬單原子（SAs），并通過隔膜涂層策略捕獲并催化多硫化物轉化。

圖1. Fe/Co-N-HPC的合成、形態和組成

研究表明，Co原子的引入可以豐富Fe活性中心的電子數，從而實現二元金屬單原子催化劑的顯著協同催化作用，提高Li-S氧化還原反應的雙向催化作用。受益于二元金屬SAs在促進多硫化物轉化過程中的高導電網絡和協同催化活性，采用Fe/Co-N-HPC改性隔膜的Li-S電池在低硫和高硫負下的電化學性能都得到了極大的提高。

圖2. 采用不同隔膜的Li-S電池的性能

結果，所制備的Li-S電池表現出出色的倍率能力（5.0 C時為740 mAh g^-1），以及卓越的長期循環穩定性（1.0 C時循環600次后為694 mAh g^-1）。將硫負載增加到4.8 mg cm^-2時，實現了6.13 mAh cm^-2的顯著面容量。此外，原位X射線衍射和理論模擬結果驗證了二元金屬SAs通過改變速率決定步驟的催化機制，這為構建高性能Li-S電池提供了新方向。

圖3. 高負載Li-S電池性能

Binary Metal Single Atom Electrocatalysts with Synergistic Catalytic Activity toward High-Rate and High Areal-Capacity Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202208666