近日，海南大学材料科学与工程学院邓意达、李运勇教授团队，在锂硫电池关键催化机理研究中取得重大突破，首次提出基于p-p-s电子轨道耦合的阴离子掺杂催化剂设计新准则，相关成果发表于国际顶刊《自然-通讯》，彰显我国在该领域的前沿实力。
锂硫电池理论能量密度高达2600Wh/kg，是现有商业化锂离子电池的6至7倍，且硫资源丰富、成本低廉，在低空无人机、海洋装备等领域极具应用潜力，产业化前景广阔。
但锂硫电池规模化应用长期受“穿梭效应”、多硫化锂转化动力学缓慢、反应能垒高等问题制约，导致电池容量衰减快、性能受限，开发高效催化材料成为关键突破口。
针对这一痛点，该团队摒弃传统“试错式”设计思路，融合机器学习、密度泛函理论计算与实验验证，从电子结构本质出发，提出全新阴离子掺杂催化剂设计准则，推动催化材料设计从“经验驱动”转向“理论引导”。
该准则通过调控电子耦合强度优化多硫化锂吸附与转化，为催化材料定量设计奠定理论基础。团队还提出两个全新参数，建立吉布斯自由能垒与p-p-s耦合强度的映射关系，验证了准则的科学性。
研究发现，适度的轨道耦合强度可平衡吸附能力与反应活性，有效降低反应能垒，为催化剂筛选优化提供了理论支撑。
基于该准则，团队构筑出硼掺杂二硒化钨/MXene高效催化材料，应用于锂硫电池硫正极后，即便在严苛条件下仍表现出优异电化学性能，其3安时级软包电池能量密度超430Wh/kg，印证了准则的实用性。