多硫化物转化反应动力学缓慢导致锂硫(Li-S)电池具有低倍率容量、多硫化物迁移、库仑效率低等严重问题，严重阻碍了锂硫电池的实际应用。

有鉴于此，南京大学张会刚教授，阿贡国家实验室陆俊教授报道了通过在六方Ni₃N(P6322空间群)中设计N个空位，研制了一种Ni₃N_0.85电催化剂。

文章要点

1）由于Ni原子d带的增加，Ni₃N_0.85与Li₂S₄发生强烈的相互作用，电荷从表面转移到吸附的Li₂S₄分子。N空位引起的强相互作用导致Li₂S₄的最低占据分子轨道(LUMO)的高填充率，从而削弱了Li₂S₄主链的S-S键，促进了键的断裂。

2）实验结果表明，Ni₃N_0.85的成核活化能仅为8.11 kJ mol-1，远低于原始Ni₃N（21.11 kJ mol-1）和碳（33.02 kJ mol-1）。将多硫化物限制在多孔基质中是抑制多硫化物迁移的常规方法。因此，通过构建空心的Ni₃N_0.85纳米立方体来容纳S物种，以抑制多硫化物的迁移。

3）所制造的Li-S电池能够在0.02 C下，具有1445.9 mAh g^-1的高初始放电容量。长期循环测试表明，锂硫电池每个循环的初始容量仅损耗0.039%。由于Ni₃N_0.85的高效催化和空心纳米立方体的约束，具有5.2 mg cm^-2的高负载Li-S电池，其初始容量为1200.4 mAh g^-1，循环长达100次。

本研究报道了一种用于锂硫电池的高效Ni₃N_0.85电催化剂，并提出了d带调谐策略来设计低势垒催化剂，促进了在原子水平上对多硫化物转化的深入理解。

Zihan Shen, et al, Rational Design of a Ni₃N_0.85 Electrocatalyst to Accelerate Polysulfide Conversion in Lithium-Sulfur Batteries, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.9b09371

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b09371