2026年5月8日，合肥工业大学吴玉程（有色金属与加工技术国家地方联合研究中心主任）、Yulei Li、中国科学技术大学余彦、北京化工大学刘家琴，在Angewandte Chemie International Edition期刊上发表了题为《Alloy-Regulated Heterointerface Engineering for Kinetics-Driven Sulfur Redox in Li-S Batteries》的研究论文。Tongzhen Wang、Shuo Liu为本文的共同第一作者，吴玉程、Yulei Li、余彦、刘家琴为论文共同通讯作者。

      因此，配备催化隔膜的Li-S电池在0.1C下实现了1477.8 mAh g⁻¹的高可逆容量，并在0.5C下维持1000次循环的长期稳定性，每循环衰减率仅为0.032%，在高硫载量下实现了15.2 mAh cm⁻²的面容量。这项工作建立了调控硫电化学的定量异质界面设计范式，并为金属硫电池中异质结构赋能催化提供了普遍见解。

      锂硫电池受涉及可溶性锂多硫化物的复杂多步硫氧化还原反应支配，其缓慢的转化动力学和不受控的迁移从根本上限制了硫利用率和循环稳定性。尽管硫具有超高的理论能量密度和材料丰度，但强多硫化物固定化与快速硫氧化还原动力学之间的持久权衡仍然是实用锂硫电池的核心障碍。 人们已投入大量努力通过物理限域、极性吸附和缺陷工程来抑制多硫化物迁移。尽管这些策略可以部分限制LiPS迁移，但它们往往无法解决支配硫还原和演化反应的内在动力学限制。催化调控因此成为将LiPS固定化与加速硫转化相结合的有前景策略。 然而，大多数报道的催化剂——从金属化合物、杂原子掺杂碳到单原子体系——仍然主要以定性方式设计，其性能往往受到吸附强度与催化周转之间固有权衡的限制。 异质结构催化剂通过利用界面电子重构、内建电场和协同相相互作用，为调控硫氧化还原动力学提供了强大平台。近期研究表明，异质界面可以增强电荷转移、优化吸附热力学并促进锂硫体系中的离子扩散。尽管取得了这些进展，异质界面工程仍然主要是定性的。 特别是，异质界面的密度、空间分布和电子结构很少以连续和定量的方式控制，导致异质界面密度与硫氧化还原动力学之间的关系 poorly understood。这种定量控制的缺乏从根本上限制了高性能异质结构催化剂的理性设计。 在此，作者提出了锂硫催化的定量异质界面工程概念。通过使用Ni/Mo比作为连续调控旋钮，NiMo辅助的相重构实现了对Mo₂C/MoC异质结构中相平衡和异质界面丰度的可编程控制，而NiMo域主要作为结构调节剂和金属电子高速公路以确保高效的界面利用。 结合实验和理论分析表明，Mo2C/MoC异质界面本质上是活性最高的基元，同时优化了多硫化物吸附并降低了SRR/SER的关键能垒。这些结果建立了定量结构-动力学关系，并为金属硫电池异质结构催化剂的通用设计路线提供了见解。

图1：NiMo-x-Mo2C/MoC复合材料的结构和光谱表征。(a,b)XRD图谱显示Ni/Mo比依赖的相演化，从低x时Mo2C主导的碳化物到高x时Mo2C/MoC共存并伴随NiMo合金形成。(c)NiMo-0.5-Mo2C/MoC的高分辨Mo3dXPS光谱。(d)NiMo-0.5-Mo2C/MoC在低倍(d1)和高倍(d2)下的STEM-EDX元素映射。(e)HAADF-STEM图像和FFT图案。(f)反FFT突出显示Mo2C和MoC的晶格条纹。(g,h)Ni K边和MoK边的傅里叶变换EXAFS光谱。(i-l)Ni和Mo相关配位的小波变换EXAFS等高线图。

图2：Mo2C/MoC异质界面上硫物种吸附和硫氧化还原的DFT见解。(a)NiMo-0.5-Mo2C/MoC、Mo2C和MoC吸附后Li2S6溶液的UV-vis光谱和光学图像。(b)Li2S6吸附后NiMo-0.5-Mo2C/MoC的S2pXPS光谱。(c)Li2S6吸附前后NiMo-0.5-Mo2C/MoC的Mo3dXPS光谱。(d,e)S8和Li2Sₙ物种在Mo2C、MoC和Mo2C/MoC表面上的吸附能和吉布斯自由能曲线（C，灰色；Mo，棕色；Li，紫色；S，黄色）。(f)MoC、Mo2C和Mo2C/MoC模型的DOS和d带中心。(g,h)MoC和Mo2C的平面平均静电势曲线和功函数。(i)Mo2C/MoC接触时的界面能带排列和电荷重分布。(j)MoC、Mo2C和Mo2C/MoC上Li2S分解的能垒。

图3：NiMo-0.5-Mo2C/MoC-PP隔膜实现的动力学和界面调控。(a)Li-S电池在0.1mV s⁻1下的CV曲线。(b)从CV曲线提取的相应氧化还原峰位置。(c)0.5C下的初始恒流充放电曲线。(d)0.1C下GITT电压响应和弛豫行为。(e)从GITT得出的Li⁺扩散系数。(f)用于Li⁺迁移数测定的计时电流法（插图：极化前后的阻抗谱）。(g,h)NiMo-0.5-Mo2C/MoC-PP和 pristine PP隔膜电池首次放电期间的原位EIS电压曲线和相应DRT图。(i)含Li2S6电解液对称电池在0.1 mV s⁻1下的CV曲线。(j,k)Li2S沉积和氧化容量的定量分析。

图4：NiMo-0.5-Mo₂C/MoC-PP隔膜赋能的Li-S电池电化学性能和实用验证。(a)倍率性能。(b)不同倍率下NiMo-0.5-Mo₂C/MoC-PP电池的代表性充放电电压曲线。(c)NiMo-0.5-Mo₂C/MoC-PP、Mo₂C-PP、MoC-PP和pristine PP隔膜电池在0.5C下的长期循环性能。(d)NiMo-0.5-Mo₂C/MoC-PP电池在0.2、2和5C下的循环稳定性。(e)0.2C下增加硫载量（4.6-8.4 mg cm⁻²）及相应E/S比时的面容量演化。(f)0.5C下静置3天后的自放电行为。(g)不同隔膜电池的穿梭电流曲线。(h)与代表性文献报道的衰减率对倍率和初始容量的基准比较。(i)0.05C下软包电池循环性能。(j)展示软包电池为手机充电和驱动风扇的照片。

图5：NiMo-Mo2C/MoC-PP功能隔膜介导的硫氧化还原原位可视化。(a,b)配备NiMo-0.5-Mo2C/MoC-PP和pristine PP隔膜的Li-S电池在0.2C下的充放电曲线和相应原位XRD等高线图。(c,d)配备NiMo-0.5-Mo2C/MoC-PP和PP电池在0.2C下首次放电期间收集的原位拉曼等高线图。(e)NiMo-Mo2C/MoC催化剂上双向硫氧化还原调控的示意图。 本研究提出了NiMo合金辅助的定量异质界面工程新策略，通过连续调控Ni/Mo比实现Mo2C/MoC异质结构中相平衡、异质界面密度和电子耦合的精准编程，使Mo2C/MoC异质界面成为主导催化活性位点，NiMo合金域则作为结构调节剂和金属电子传输通道。该策略赋予Li-S电池在0.1C下1477.8 mAh g⁻1的高容量、0.5C下1000次循环每循环仅0.032%衰减的超低衰减率，以及11.5 mg cm⁻2高硫载量下15.2 mAh cm⁻2的面容量。 这项工作首次建立了异质界面密度与硫氧化还原动力学之间的定量构效关系，突破了传统定性设计的局限，为实用化锂硫电池隔膜级催化设计提供了理论框架，在电动汽车、大规模储能和航空航天等高能量密度需求领域具有重要应用前景。 Alloy-Regulated Heterointerface Engineering for Kinetics-Driven Sulfur Redox in Li-S Batteries，Angewandte Chemie International Edition,2026, https://doi.org/10.1002/anie.6675271