近日，bwin必赢中国官网徐斌教授、朱奇珍副教授团队在《Energy & Environmental Science》上发表了题为“Atom-Dominated Relay Catalysis of High-Entropy MXene Promotes Cascade Polysulfide Conversion for Lithium-Sulfur Batteries”的研究论文。该论文设计了一种高熵MXene（HE-MXene）材料TiVNbMoC₃，作为硫宿主和隔膜改性层，以解决Li-S电池中的穿梭效应和锂枝晶问题，并通过理论分析和实验研究，揭示了HE-MXene内部多活性中心的协同作用，为面向多步转化反应的先进电催化剂设计提供了新的思路。

锂硫电池因其高能量密度和丰富的资源优势而备受关注，但其商业化仍受限于多硫化物（LiPSs）穿梭效应导致的容量衰减以及锂枝晶的不可控生长带来的安全隐患。MXene材料能够捕捉LiPSs并促进其电化学转化，诱导锂离子均匀沉积，在锂硫电池领域展现出巨大潜力，但传统单金属MXene材料对LiPSs的吸附作用和催化活性有限，同时力学应变能力难以充分抑制锂枝晶的形成。

本研究设计了含有四种尺寸兼容的过渡金属原子的HE-MXene TiVNbMoC₃材料，在锂硫电池中作为硫宿主和隔膜改性层。四种过渡金属元素均匀分布于M层，使该HE-MXene表现出优异的构型兼容性、优化的d带中心以及弹性晶格结构。此外，HE-MXene中的Ti、V、Nb和Mo位点在多步骤硫还原反应中实现了原子间的接力催化作用：Ti和V位点主导对长链LiPSs的捕获和催化作用，随后V和Nb位点促进长链LiPSs向短链LiPSs的转化，最终由Nb和Mo位点加速限速步骤并促进Li₂S的均匀沉积。这一接力催化机制能够持续推动S₈向Li₂S转变过程中的多步氧化还原反应的进行。同时，隔膜上的HE-MXene修饰层提供了均匀的电场分布和高机械应变能力，促进了锂负极侧均匀的成核和沉积。因此，含HE-MXene的Li-S电池即使在高硫负载量（5.4 mg cm^-2）下，0.2 C下循环100次后仍实现了4.92 mAh cm^-2的高面容量，展现了HE-MXene在锂硫电池应用中的显著优势。

bwin必赢中国官网博士研究生徐梦瑶为论文第一作者，徐斌教授、朱奇珍副教授为论文的共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D4EE03402C