近日，我院纪效波、侯红帅教授团队在化学类顶级期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)发表了题为“钠硫电池中MoS₂高催化活性的来源：电化学重构的Mo单原子(Origin of high catalytic activity of MoS₂ in Na-S batteries: electrochemically reconstructed Mo single atoms)”的研究论文。金沙城js9线路检测中心为唯一单位，侯红帅教授为通讯作者，2022级博士生钟雪为第一作者。

为了应对气候变化，全球正逐步向清洁能源转型。风能和太阳能等可再生能源的装机量持续增长，但这些能源具有不稳定、随机性和间歇性的特点，对电网的频率控制提出了更高的要求。储能技术可以平衡电力系统的供需，特别是在可再生能源发电占比提高的情况下，储能显得尤为重要。钠硫电池具有能量密度高、资源丰富、成本低等特点，被认为是很有竞争力的电化学储能系统。当前商业化的是高温钠硫电池，电池需在300°C的工作温度下，通过液态硫和金属钠之间的化学反应来存储和释放能量，存在较大的安全隐患。在此背景下，室温钠硫电池展现出了巨大的发展潜力，其在室温条件下运行，不仅显著降低了系统的成本，还规避了高温操作带来的安全风险。高温钠硫电池放电终产物为Na₂S₃，理论能量密度约为760 Wh/kg，而室温钠硫电池放电产物为Na₂S，具有更高的理论能量密度（1274 Wh/kg）。然而，由于室温钠硫电池在充放电循环中转化动力学迟缓，导致正极产生的易溶性多硫化钠（NaPSs）未能迅速转化为不溶性Na₂S，造成NaPSs溶于电解液后穿过隔膜与金属钠负极直接接触，即“穿梭效应”，引发不良反应，导致硫正极不可逆损失，电池容量大幅衰减，限制了其实际应用。

引入合适的催化剂，加速NaPSs向Na₂S的转化是抑制“穿梭效应”的常用策略。在本研究中，通过碳点组装制备了多孔碳纤维，以其为载体构建了碳纤维/硫/硫化钼复合正极材料，发现了在深度充放电过程中硫化钼（MoS₂）催化剂会原位转化形成痕量Mo单原子（Mo_SAC），进而自重构形成高活性催化相（MoS₂/Mo_SAC）。Mo_SAC 的形成调控了Mo d带中心的电子结构，不仅有效促进了 d-p 轨道杂化，还通过键合转变加速了催化中间体的解吸，动态单原子协同催化机制增强了金属活性位点与 NaPSs 之间的吸附响应，加速了硫氧化还原反应（SRR），显著提升了室温钠硫电池电化学性能。本研究为室温钠硫电池中MoS₂催化剂的反应机制提供了新见解。

据悉，该研究获得了国家自然科学基金项目和金沙城js9线路检测中心研究生创新项目等基金的支持。

MoS₂催化剂结构示意图