鋰硫（Li-S）電池中可溶性多硫化鋰（LiPSs）的“穿梭效應”會導致硫氧化還原反應動力學緩慢和容量快速衰減，嚴重限制了鋰-硫電池的大規模實際應用。

在此，福州大學張久俊，顏蔚，左銀澤等人采用具有多個催化中心的自恢復催化劑，通過ZnIn₂S₄-In₂O₃-ZnIn₂S₄三明治狀結構實現了S₈與Li₂S的串聯氧化還原反應。其中，外層的ZnIn₂S₄納米片網絡可以優先吸附S₈，中間的In₂O₃作為吸附介質保證S₈吸附并轉化為長鏈Li₂S₆/Li₂S₄，內層的ZnIn₂S₄可以進一步催化長鏈Li₂S₄向短鏈Li₂S₂/Li₂S的轉化。

ZnIn₂S₄能夠更好地降低Li₂S溶解的能壘，并進一步將其轉化為元素硫（S₈）。在此過程中，In/O和In/Zn活性位點通過交替催化模式重新暴露，實現活性位點的自我恢復，從而增強長期催化活性。

圖1. 不同催化劑解決Li-S電池“LiPS”穿梭效應的催化機制

總之，該項工作報道了一種涂覆在隔膜上的具有多個催化中心的ZnIn₂S₄@In₂O₃自恢復催化劑，該催化劑通過對鋰硫電池的級聯催化，通過自恢復效應將硫氧化還原反應分為不同的步驟。三明治狀的ZnIn₂S₄-In₂O₃-ZnIn₂S₄結構的空間位阻和不同催化活性位點之間的相互作用有助于實現不同的吸附強度，誘導含硫物質的交替催化能力和吸附以及活性位點的自我恢復。結果顯示，ZnIn₂S₄@In₂O₃基電池顯著增強了倍率容量、循環穩定性和高面積容量。

特別地，鋰硫電池在1.0 C倍率下循環700次后仍保持429.5 mAh g^-1的高容量。即使是硫負載量高達8.0 mg cm^-2的電池，初始容量也高達1165.4 mAh g^-1。因此，該工作準確揭示了鋰硫電池不同反應階段具有自恢復活性位點的多個催化中心的反應機理，并同時加速還原和氧化過程。該項工作制定的策略可以作為開發更高效、更實用的鋰硫電池的指南。

圖2.電池性能

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