構(gòu)型匹配和電子結(jié)構(gòu)對于催化劑在鋰硫電池（LSB）中有效促進多硫化鋰（LiPS）的轉(zhuǎn)化至關(guān)重要，但傳統(tǒng)催化劑通常只有一個活性中心，很難對其進行定制。

在此，廣東工業(yè)大學(xué)黃少銘、張琪等人通過操縱不同極性活性位點之間的距離和調(diào)節(jié)金屬中心的電子結(jié)構(gòu)，制備了一系列雙活性中心 MOFs（D-MOFs），從而匹配了長鏈鋰離子電池的構(gòu)型，優(yōu)化了金屬硫軌道雜化。

此外，在碳納米管上原位軸向組裝定制的 D-MOFs 可提供分層的硫宿主，從而顯著提高 LSB 性能，在高硫負荷和貧電解質(zhì)條件下實現(xiàn)高磁通量（10.04 mAh cm^-2），并制成高能量密度（310.7 Wh kg^-1）的軟包電池。

圖1. MOF 主體的多尺度設(shè)計和表征

總之，該工作通過調(diào)節(jié)不同催化中心之間的相互作用范圍和定制金屬中心，在分子/原子水平上精細調(diào)節(jié)吸附強度和催化效果。理論計算和實驗證實，D-MOF-Cu具有更好的構(gòu)型兼容性和優(yōu)化的金屬中心和 LiPS 之間的軌道雜化，進而比其類似物具有更高的催化活性。

此外，D-MOFs 在 CNT 上的原位組裝實現(xiàn)了基于 MOF 的納米線，可作為高效的硫宿主。這種宿主可儲存硫且促進鋰離子電池的轉(zhuǎn)化并加快電子轉(zhuǎn)移、具有出色的長循環(huán)穩(wěn)定性和較低的衰減率、在高硫負荷下，鋰離子電池的平均容量高達 10.04 mAh cm^-2。因此，該工作證明了雙活性中心 MOFs 作為高效鋰離子電池轉(zhuǎn)化催化劑將為高能量密度 LSB 的先進多孔硫載體設(shè)計提供啟示。

圖2. D-MOF-Cu 催化過程的機理

Engineering Configuration Compatibility and Electronic Structure in Axially Assembled Metal–Organic Framework Nanowires for High-Performance Lithium Sulfur Batteries, ACS Energy Letters 2023 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01698