近日，材料化学领域国际顶级期刊《Journal of Materials Chemistry A》（影响因子9.5）发表了未来技术研究院大规模电化学储能创新团队最新研究成果“Precise design of MOF-derived single-atom catalysts with symmetric and asymmetric coordination for advanced lithium-sulfur batteries”，论文第一完成单位是西南交通大学，张雨（硕士研究生）和刘晓晨（特聘副研究员）为共同第一作者。
锂硫电池因其高理论比容量和能量密度，被视为下一代高能量密度储能体系的有力候选。然而，其实际应用仍受限于多硫化物的“穿梭效应”和缓慢的反应动力学。单原子催化剂因其高原子利用率和可调控的配位结构，在提升硫正极反应活性和抑制穿梭效应方面展现出巨大潜力。
该前瞻性文章系统阐述了金属有机框架衍生单原子催化剂的精准设计策略，深入剖析了其在锂硫电池中调控多硫化物转化的构效关系与催化机理。首次从配位结构对称性视角出发，分类阐释了对称与不对称配位单原子中心的设计原理、合成路径及其对多硫化物吸附与转化行为的作用机制。研究进一步指出，通过调控中心金属原子的配位环境（如配位原子种类、数量）或引入双金属位点，可有效打破传统M-N4对称结构的电子局域化限制，从而优化对多硫化物的吸附强度，降低硫物种转化反应能垒，显著提升电池的倍率性能与长循环稳定性。
本文进一步前瞻性地指出了金属有机框架材料衍生单原子催化剂在锂硫电池体系中亟待解决的关键问题与未来发展方向，主要包括：吸附与催化转化能力的动态平衡与协同优化机制、循环过程中活性位点配位环境的动态演化规律解析、以及面向贫电解液与软包电池构型的实用化推进策略。该展望为新一代高性能锂硫电池催化材料的定向设计与工程化应用提供了重要的理论框架和技术路径。
《Journal of Materials Chemistry A》是英国皇家化学会旗下材料化学领域的旗舰期刊，专注于报道在能源生产、存储、转化以及可持续发展方面具有突出应用前景的材料研究。
刘晓晨，副研究员，西南交通大学未来技术研究院新能源发电与电能存储团队骨干成员，主要研究方向聚焦于能源的高效储存与电催化转化：设计合成高性能电池关键电极材料；开发高效的小分子转化电催化剂。以第一（含共同）或通讯作者在Sci. Adv.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Eng. J.、ACS Energy Lett.、Nano Energy等国际顶级期刊发表多篇学术论文。
校网新闻链接：https://news.swjtu.edu.cn/info/1011/88475.htm
原文链接：https://doi.org/10.1039/d5ta05134g
