人們對高質量電動汽車和移動電子產品需求的不斷增加，促使研究人員們急切開發比目前鋰離子電池具有更高能量和功率密度的先進儲能系統。在潛在的候選產品中，Li?S電池有望達到1675 mAh g?1的高比容量和2600 Wh kg?1的高比能量，在下一代能源存儲中擁有巨大的應用前景。但是由于Li?S電池存在復雜的多電子、多相SRR反應，通常會導致電荷轉移動力學緩慢，以及工作電池內可溶性LiPSs的積累和穿梭，這些都是Li?S電池商業化必須解決的問題。引入電催化劑來加速LiPSs轉化動力學，減少LiPSs在電解質中的積累和遷移，已經被證實是解決上述瓶頸的有效方法。

稀土元素由于其特殊的未完全填充的4f電子構型和空的5d軌道，決定其具有良好的電子傳導性；此外，稀土元素的配位數可變，決定了他們具有“后備化學鍵”或“剩余原子價”的作用，因此有利于吸附LiPSs；重要的是稀土元素的4f能級電子能夠在f-f或f-d組態之間發生躍遷，得失電子容易，價態可變，因此具有良好的催化能力。近期，溫州大學楊植課題組受此啟發，設計開發了具有電子適中填充f軌道的Tb3+/4+氧化物作為電子存儲器。通過一系列原位/非原位表征技術以及密度泛函理論計算分析表明，Tb電子存儲器能夠在Li?S電池充放電過程中動態釋放/接收電子，并通過Tb?S和N???Li鍵吸附LiPSs，降低活化能壘，加速電子和鋰離子傳輸，并在充放電過程中選擇性催化長鏈和短鏈LiPSs轉化，因此表現出良好的電化學性能。其中，引入Tb3+/4+電子存儲器的Li?S電池具有優越的循環穩定性（1 C循環500次，單圈衰減率為0.087%）和高硫載量、貧電解液能力（面密度為5.2 mg cm?2，液/硫比為7.5 L mg?1）。本工作也展現了稀土催化劑在開發高性能Li?S電池方面具有潛在的應用前景。

文章要點：

1、通過解耦每一步硫轉化所需的催化劑條件，合理設計了具有適中f軌道的混合價Tb（Tb3+/4+）作為電子存儲器來降低每一步硫轉化的活化能壘，加速界面電子/Li+傳輸動力學。

2、通過多種表征方法證實了，Tb3+促進長鏈多硫化鋰的轉化，Tb4+促進短鏈多硫化鋰的轉化，并通過重要的中間體S52?，完成了充放電過程中不同鏈長LiPSs之間的轉化反應。

3、本研究論文展現了f軌道調控策略在開發高性能Li?S電池體系方面的潛力。

相關研究成果以“Regulating f orbital of Tb electronic reservoir to activate stepwise and dual-directional sulfur conversion reaction”為題發表在《InfoMat》（IF=24.789）上，溫州大學為唯一通訊單位，化材學院2020級研究生于爽為第一作者，學院楊植教授、蔡冬博士以及電氣與電子工程學院楊碩博士為該論文共同通訊作者，化材學院教師聶華貴、方國勇、錢金杰、胡悅、葛勇杰、肖逵逵、周學梅，研究生梁策、李婷婷、王浩浩、徐睿、東洋洋參與了這項工作。該工作受到國家自然科學基金、浙江省自然科學基金等項目的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/inf2.12381