近日，深圳理工大学院士工作站教授成会明团队与中国科学院金属研究所研究员李峰、孙振华团队合作，在国际权威期刊Nature Catalysis发表最新研究成果。该研究聚焦电池催化材料与反应物质间的电子输运方向，重新定义了电池催化材料的设计准则，提出以产物电子性质为核心的创新思路，突破了常规热力学描述符的局限。

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高能量密度锂硫、锂氧气电池是下一代储能技术的核心发展方向，这类电池的能量源于固态物质的转化反应，但反应过程中，会持续生成Li₂S₂、Li₂O₂等绝缘中间产物，这些产物会覆盖电极表面、阻断电子传输，导致反应无法完全进行，电池容量快速衰减，成为制约行业发展的关键技术瓶颈。

针对这一行业难题，研究团队创新引入电子特性判据，不再局限于关注传统的反应能垒，而是聚焦中间产物的电子传导能力。研究团队对351种双原子催化剂进行大规模计算筛选，揭示了热力学与电子特性在反应不同阶段的作用规律：反应初期由热力学主导，当产物大量积累后，电子特性成为决定电池长期性能的关键因素。研究还发现，同核双原子催化剂能通过轨道耦合，显著提升绝缘中间产物的电子传导能力，让原本不导电的中间产物具备导电性。这一结果修正了业内普遍认为异核催化剂活性更优的传统认知，为催化材料设计提供了新方向。

催化材料的热力学性质和产物的电子性质对锂硫电池固相转化反应的作用

基于该原理，研究团队优选出DA-CoCo同核双原子催化剂，经实验验证效果显著。该催化剂可以让活性位点持续发挥作用，有效避免产物堆积导致的电极钝化。实验证明，基于该材料的锂硫电池具备优异循环稳定性，研究团队成功制备出1.2安时级软包电池，能量密度达到459Wh kg⁻¹，可稳定循环超30圈，在锂氧气电池中也实现了容量与寿命的双重提升。

双原子催化材料促进锂硫和锂空气电池的性能提升

该研究革新了固相催化反应的设计思路，将设计焦点从反应能垒转向固态中间产物的电子性质，保障了反应全过程催化活性的持续性，为受绝缘固相转化限制的电化学体系确立了普适性的催化剂设计原则。同时，该成果不仅深化了对储能系统中决速固态反应的科学认知，更成功实现安时级高能量密度锂硫电池的制备，为下一代高比能储能电池的研发与应用提供了关键理论支撑与技术方案。

成会明、李峰、孙振华为论文共同通讯作者，该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和博士后创新人才支持计划等项目支持。

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