锂硫（Li-S）电池理论能量密度高达2600 Wh kg-1，被认为是最有前途的下一代先进储能技术。然而，由于多硫化物的有害穿梭效应和电化学过程中缓慢的动力学过程，Li-S电池的实际应用仍然受到严重阻碍。
近日，加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授，华南师范大学王新报道了用于Li-S电池的过饱和Fe-N5（Fe-N5-C）配位结构单原子（SA）催化剂的理论设计和实验研究，发现Fe中心的N配位数很好地调节了LiPS转化的催化性能，并通过不同预设计的共轭微孔/介孔聚合物（CMP）前驱体的吸附-热解路线可控制地开发出以Fe-N5和Fe-N4为催化位点的SA催化剂。
文章要点
1）研究人员首先通过精心设计的缩合反应合成不同球形CMP前驱体，大量缠绕在一起的CMP纤维均匀地锚定在表面上。然后，利用CMP前驱体中N原子固有的金属锚定能力，采用吸附热解策略制备了以Fe-N5和Fe-N4为中心的SA催化剂。
2）研究发现，具有过饱和Fe-N5活性中心结构的Fe-N5-C作为有效的主体材料时，在氧化还原反应中可以促进LiPS的化学吸附，同时促进了多硫化物的转化，这得到了理论和实验结果的证实。同时，CMP衍生的氮掺杂碳纳米纤维可以提供高孔隙率的衬底和快速高效的电子/离子传递，使得硫具有极强的物理约束能力和良好的反应活性。
3）实验结果表明，S/Fe-N5-C电极在0.2 C下的初始比容量为1224 mAh g-1，在1 C循环500次后的容量稳定在662 mAh g-1。值得注意的是，当S负载量达到8.2 mg cm-2时，0.1 C循环50次后的可逆面容量高达6.0 mAh cm-2。
本工作为高过饱和Fe-N5配位结构的精确设计提供了一种简便易行的策略，并为其在先进Li-S电池中的进一步应用提供了理论依据。
参考文献
Yongguang Zhang, et al, Engineering Oversaturated Fe-N5 Multi-functional Catalytic Sites for Durable Lithium-Sulfur Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108882
https://doi.org/10.1002/anie.202108882
