近日，齊魯工業大學（山東省科學院）化學與制藥學部顧少楠副教授在鋰硫電池領域取得重要進展，該成果以“Rare Earth Single-Atom Catalysis for High-Performance Li?S Full Battery with Ultrahigh Capacity”為題在國際知名期刊Angewandte Chemie International Edition上發表。2022級研究生周蓉為論文第一作者，學部顧少楠副教授、胡偉教授和華中科技大學常海欣教授為論文的共同通訊作者，齊魯工業大學（山東省科學院）為第一通訊單位。
目前大多數鋰硫電池反應電催化劑是基于過渡金屬與多硫化鋰的d-p軌道耦合策略，而金屬元素內層軌道對催化反應的影響目前少有探索。為此，本研究設計并合成了一種稀土金屬單原子催化劑Sm SACs，Sm SACs通過f-d-p軌道雜化增強活化了4f軌道的催化作用，Sm-N?C?獨特的電子結構使其具有高效的電催化多硫化物還原氧化和抑制鋰枝晶的作用。得益于這一設計，全電池出色的電池性能證明了其無枝晶高性能Li?S電池器件的實用前景。
通過在氮摻雜碳載體上合成Sm SACs，激活了內層4f軌道，4f軌道極化5d軌道并經歷Mott躍遷，Sm的4f?5d?轉變為4f?5d1，發生f-d雜化，使得dxz、dyz附近的電子態增加，所以在與S?2?作用時，d軌道與p軌道實現最大化重疊，形成f-d-p軌道耦合，促進d-p雜化。為加速LiPSs的氧化還原動力學和Li的均勻沉積提供了足夠的活性位點。設計的Sm-N?C?活性位點不僅可以雙向催化轉化LiPSs，而且在抑制Li枝晶方面具有很大的優勢。該研究為稀土金屬單原子在鋰硫電池和其他電化學儲能系統中的應用提供了一種有前途的策略。本工作受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目、山東省自然科學基金項目等項目的支持。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202405417
顧少楠：化學與制藥學部副教授，博士（后），碩士生導師。主持參與國家自然科學基金、山東省自然科學基金、濟南市高校院所創新團隊項目等。主要研究方向為鋰離子電池、鋰硫電池電極材料、光催化材料等能源轉化與儲存材料的設計、合成與結構性質計算。目前擔任《Nanomaterials》、《Frontier in Chemistry》客座編輯，以第一/通訊作者在Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Funct. Mater.,Small,Appl.Catal.B,等國際知名期刊發表SCI論文40余篇，被他人引用2000余次，H因子23，獲授權中國發明專利6項。
