鋰硫（Li-S）電池憑借其獨(dú)特的理論能量密度（2600 Wh kg?1）和低成本的硫陰極，被視為下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)的理想候選者。然而，其商業(yè)化面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：涉及16電子多步轉(zhuǎn)化過(guò)程的硫氧化還原反應(yīng)（SRR）動(dòng)力學(xué)緩慢，可溶性多硫化鋰（LiPS）在電解質(zhì)中積累，引發(fā)穿梭效應(yīng)、離子電導(dǎo)率下降和電解液粘度提升。這些問(wèn)題在貧電解液條件下尤為突出，嚴(yán)重限制了鋰硫電池的實(shí)際能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。傳統(tǒng)催化劑雖在充足電解液系統(tǒng)中有效，但對(duì)貧電解液下的硫轉(zhuǎn)化作用仍有待提升。因此，開(kāi)發(fā)新型催化劑以加速SRR動(dòng)力學(xué)、抑制穿梭效應(yīng)并提升實(shí)際應(yīng)用性能，已成為迫切需求。

近日，受納豆激酶（NK）溶解血栓和改善血液微循環(huán)功能的啟發(fā)，我校楊植教授、楊碩副教授團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)江俊教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種高效的多硫離子轉(zhuǎn)化仿生酶用于碳納米管負(fù)載硫正極——NK及其肽基模擬酶（絲氨酸-組氨酸-天冬氨酸三聯(lián)體活性中心，Ser-His-Asp）。密度泛函理論計(jì)算、原位光譜和電化學(xué)分析，揭示了其獨(dú)特的催化機(jī)制：天冬氨酸（Asp）強(qiáng)電負(fù)吸附固定LiPSs，絲氨酸（Ser）電子軸拉伸催化S-S鍵斷裂，組氨酸（His）親鋰位點(diǎn)促進(jìn)電荷/Li?傳輸。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化配方，該催化劑顯著提升了貧電解液條件下的SRR動(dòng)力學(xué)，實(shí)現(xiàn)高倍率容量（744 mAh g?1，5 C）、長(zhǎng)循環(huán)壽命（250圈容量衰減率0.096 %）和高面積容量（8.87 mAh cm?2，E/S=4 μL mg?1）。這一研究結(jié)果從生物酶到電化學(xué)，跨界創(chuàng)新，重新定義了鋰硫電池催化的未來(lái)。

該工作以“Mimicking the Peptidyl Enzyme Enables Polysulfide Electronic Axial Stretching Catalysis for Lean-Electrolyte Lithium-Sulfur Batteries”為題發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊《ACS Nano》（IF=16.0）。溫州大學(xué)作為第一通訊單位，我校電氣與電子工程學(xué)院2021級(jí)碩士研究生王浩浩為第一作者，中國(guó)科技大學(xué)碩士研究生喬欽宇為共同第一作者，我?；瘜W(xué)與材料工程學(xué)院楊植教授、電氣與電子工程學(xué)院楊碩副教授、中國(guó)科技大學(xué)江俊教授為本文通訊作者，我校聶華貴教授、蔡冬副教授、碩士研究生李佩航、蔣金晨、楊濤同學(xué)以及中國(guó)科技大學(xué)馮碩博士參與了這項(xiàng)工作。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.4c18976