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關鍵的缺點，包括氧化還原動力學遲緩和多硫化物（Li₂S_n，n = 4–8）的不良穿梭，嚴重惡化了高能量密度鋰硫（Li–S）電池的電化學性能。

中南大學韋偉峰教授、北京工業大學Ning Wang教授通過構建具有雙活性中心的集成催化劑來解決這些挑戰，其中單原子 (SA)-Fe 和極性Fe₂N共嵌入氮摻雜石墨烯 (SA-Fe/Fe2N@NG)。

平面對稱Fe-4N配位的SA-Fe和三角錐狀Fe-3N配位的Fe₂N在這種結構中分別表現出對多硫化物的協同吸附和對Li₂S_n鋰化和Li₂S脫鋰的催化選擇性。這些特性賦予SA-Fe/Fe₂N@NG改性隔膜最佳的多硫化物限制-催化能力，從而加速雙向液-固轉化（Li2Sn?Li2S），并抑制穿梭效應。

基于SA-Fe/Fe₂N@NG隔膜的Li-S電池在1 C（純S正極，S含量：70 wt%）下循環500次后實現了 84.1% 的高容量保持率和并在0.1 C下獲得5.02 mAh cm^-2的高面容量（SA-Fe/Fe2N@NG支撐的S正極，S負載 = 5 mg cm^-2）。

圖1 SA-Fe/Fe2N@NG的設計策略

圖2 Li-S電池性能

Engineering Fe–N Coordination Structures for Fast Redox Conversion in Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202100171

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