在鋰硫電池的催化反應中，缺陷通常被認為是有效和靈活的。然而，缺陷濃度對催化作用的影響仍不明確。

圖1 理論模擬

澳門大學邵懷宇、武漢科技大學雷文等以具有不同缺陷水平的MoS₂為模型，研究了缺陷濃度與吸附催化性能之間的定量關系。具體而言，這項工作通過密度泛函理論（DFT）和原位實驗研究了含硫空位的MoS₂的催化機理。

研究發現，隨著硫缺陷的增加，MoS₂的電子結構和幾何結構發生了顯著變化，從而對鋰硫電池催化反應的調控產生了重要影響，這種相互聯系呈現出明顯的火山關系，最佳的硫缺陷水平能有效提高MoS₂與多硫化鋰（LiPSs）的結合能，降低LiPS轉化反應的能壘，促進Li₂S雙向催化反應的動力學過程。

圖2 不同催化劑對LiPS的吸附與催化

只有最佳的缺陷濃度才能實現LiPSs吸附和解吸之間的平衡，從而產生加速的氧化還原動力學和最佳的電化學性能。增加缺陷含量反過來會破壞材料的幾何形狀，使其難以解吸LiPS并減緩轉化。這項工作中揭示的趨勢拓寬了缺陷設計的領域，并可應用于催化的其他領域及其他領域，為鋰硫電池的商業化提供了一種潛在的方法。

圖3 基于不同催化劑的鋰硫電池性能

Elucidating the Volcanic-Type Catalytic Behavior in Lithium–Sulfur Batteries via Defect Engineering. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c05269