催化加速转化是抑制锂硫（Li-S）电池中可溶性多硫化物穿梭的一种很有前途的方法，但已报道的催化剂大多只作用于单向的硫反应（还原或氧化），无法实现硫物种的快速循环利用。因此，催化加速转化是抑制锂硫(Li-S)电池中可溶性多硫化物穿梭的一种很有前途的方法。

近日，清华大学深圳国际研究生院吕伟副研究员，北京航空航天大学张千帆副教授，天津大学杨全红教授报道了一种氧化物-硫化物异质结构的双向催化剂设计，既加速了可溶性多硫化物的还原，又加速了不溶性放电产物（如Li₂S）的氧化，为提高循环稳定性和硫利用率指出了一条根本途径。

文章要点

1）通过在Ni₃S₂表面原位生长TiO₂纳米颗粒来制备TiO₂-Ni₃S₂异质结构，而紧密结合的界面是实现双向催化的关键。

2）对于还原反应，TiO₂捕获电子，而Ni₃S₂催化转化多硫化物。对于氧化反应，TiO₂和Ni₃S₂均表现出溶解Li₂S的催化活性，使催化剂表面焕然一新。

3）用TiO₂-Ni₃S₂制备的硫正极在0.5 C下，循环900 h后的容量衰减率为0.038%，特别是硫负载量为3.9 mg cm^-2时，在0.3 C下，循环500 h容量保持率高达65%。

这项工作揭示了双向催化剂的作用机理，以推动锂硫电池的实用化。

Ruochen Wang, et al, Bidirectional Catalysts for Liquid–Solid Redox Conversion in Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202000315

https://doi.org/10.1002/adma.202000315