美国物理学联合会《科学之光》（AIP Scilight）报道我校物理科学学院刘相红教授团队在能源研究方面最新进展

新闻网讯 近日，物理科学学院刘相红教授团队在自然指数期刊Applied Physics Letters发表题为“Catalytic NiO/Ni/N-Doped Carbon Nanoreactors for Suppressing Polysulfide Shuttle:In-situRaman Spectroscopic Validation”的研究论文。该研究成果被编委会推荐为Featured Article，并被美国物理学联合会《科学之光》（Scilight）专访报道。

Scilight创办于2017年6月，是美国物理联合会出版社（AIP publishing）出版的网络周刊，致力于挑选AIP发表的物理领域最新的、最具有代表性的文章，简要总结其研究成果，并强调其在该领域的创新性和突破性。Scilight每年从AIP旗下30多个刊物中仅挑选300余篇物理领域内最值得关注的研究成果进行报道。

锂硫电池在实际应用中面临着诸多挑战，多硫化物穿梭效应和缓慢地氧化还原反应动力学是其中的关键。在锂硫电池充放电过程中，硫正极会产生一系列可溶性的多硫化物（LiPSs）中间体。这些多硫化物会溶解于电解液中，并在正负极之间穿梭迁移。当多硫化物扩散到负极表面时，会与锂金属发生反应，导致活性物质硫的损失、电池容量的快速衰减以及库仑效率降低，严重限制了锂硫电池的商业化应用。所以寻找高效的催化剂来抑制多硫化物穿梭并加速多硫化物的转化，成为了当前锂硫电池领域的研究重点之一。

为解决这一问题，该团队聚焦于新型催化材料在抑制多硫化物穿梭效应方面的应用，旨在为锂硫电池性能的提升提供新的解决方案。该团队通过牺牲模板策略合成了表面锚定NiO/Ni纳米颗粒的氮掺杂碳空心纳米球（NiO/Ni-NCHN）。氮掺杂碳层和空心球结构不仅促进电子、Li⁺运输和扩散，为硫负载提供足够的空间，而且促进对LiPSs的物理吸附。NiO/Ni纳米颗粒为高效锚定可溶性LiPSs提供丰富化学吸附位点，作为催化剂提高Li₂S在充放电过程中的分解和形成。其次，在NiO/Ni异质界面处形成的内置电场，促进充放电过程中界面处正电荷和电子的传输，提高硫的氧化还原动力学。

通过电化学性能测试看出，NiO/Ni-NCHN/S电极表现出优异的性能。在1.0 C下初始放电容量为792 mAh g^-1，经过500次循环后仍能保持438 mAh g^-1放电比容量，其容量保持率为55.3%，即每次循环具有低容量衰减率仅为0.089%。另外，通过在电池运行过程中进行原位拉曼光谱测试分析，揭示了NiO/Ni-NCHN高效促进多硫化物转化的过程，并在一定程度上减轻穿梭效应，提高了活性物质硫的利用率。

后续，该团队将继续深入研究高性能锂硫电池，希望能够对开发具有更长使用寿命和更高稳定性的电池提供参考，从而能够加速这一极具前景的技术的推广应用。

本研究得到了国家自然科学基金和山东省泰山学者计划的资助。