物理科学学院李洪森教授在ACS Nano发表最新金属硫电池相关研究成果

新闻网讯近日，物理科学学院李洪森教授课题组在研究外磁场调节自旋态协同尖端效应催化铝硫电池取得重要研究进展。相关原创性研究成果以“Dual-Field Amplification via Nanotip-Engineered Catalysts for Efficient Spin-State and Ion Regulation in Aluminum-Sulfur Batteries”为题在国际顶级学术期刊 ACS Nano 在线发表。硕士研究生刘星君为论文的第一作者，李洪森教授为通讯作者，青岛大学为第一通讯单位。

该工作是对研究团队之前PNAS, 2024, 121, e2320030121；Nat.Commun., 2024, 15, 3778；Adv.Mater., 2025, 2418784；Angew. Chem. Int. Ed.2025, 64, 29, e202503835以及J.Am.Chem.Soc., 2025, 147, 46136.等相关工作的延续。

铝硫电池因其高达1392 Wh·kg^-1的理论能量密度而备受关注，在各种可充电电池应用中显示出巨大的前景。但其多硫化物的溶解和穿梭效应导致库仑效率低以及转换反应中动力学迟缓的问题严重限制了实际应用。目前，人们通过添加催化剂可有效加快反应动力学和减缓多硫化物穿梭效应，极大提升了铝硫电池性能。其中，施加外场以可忽略不计的能量成本促进电催化性能是一个主要关注的话题。一方面，磁场可以改变催化剂自旋状态，从而增加轨道杂化的几率。另一方面，高曲率结构可以放大局部电场和磁场，从而强化界面离子富集与迁移。因此，探索高曲率结构及电子自旋与催化活性之间的关系，对铝硫电池的发展非常关键。

研究团队以尖晶石材料NiCo₂O₄为研究对象，围绕铝硫电池中磁场对高曲率结构催化剂自旋态的调节展开深入研究，提出了尖端放大双场与电子自旋调控相结合的催化策略。通过磁场诱导八面体位点的Ni³⁺自旋态转变，结合局部放大的电场与磁场，可迅速提升铝硫电池的电化学性能，为新型高催化活性电催化剂提供了新的设计思路。