近日，我院陈嘉嘉教授课题组在水系多硫化物液流电池的研究中取得重要进展，相关研究成果以“High-Power Polysulfide Redox Flow Battery via in Interfacial Electron Field on a 2D Mesoporous Heterojunction”为题发表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.5c09873）。
水系液流电池（RFBs）是一种具备本征安全属性的大规模长时储能技术，借助活性物质的电化学氧化还原反应，实现化学能与电能之间的存储及转换。水系多硫化物液流电池凭借其高丰度、低成本、高溶解性和多电子转移能力，使之成为具有大规模应用前景的新型液流电池技术路线。但多硫化物缓慢的电化学动力学会引起极化现象明显加剧，导致能量效率和循环寿命下降。
基于此，陈嘉嘉教授课题组设计出一种具有三明治状纳米结构的二维有序介孔氮掺杂碳复合二硫化钼（Meso-NC@MoS2）异质结，以促进多硫化物的吸附并加速其缓慢的动力学。理论计算证实，MoS2和Meso-NC之间建立的定向电子传输通道加速了电子从Meso-NC@MoS2向S42-的转移，有效促进S42-解离并形成低阶多硫化物。基础电化学测试表明，在Meso-NC@MoS2电极上，水系多硫化物展现出最大反应动力学活性（反应速率常数提升3.2倍）与最小峰电位差（ΔEp降低至0.21 V），突显了卓越的催化活性与反应可逆性。相较于纯碳毡电极，基于Meso-NC@MoS2的水系多硫化物液流电池充电过电位显著降低约377 mV，并有效削弱电池极化。该电池在30天内连续运行3200次循环后，仍保持112 mW cm-2的峰值功率密度及99.9%的库伦效率。
该工作是在陈嘉嘉教授指导下完成。2020级博士生蓝锦基、2023级博士生张曙和西南大学杨乐副教授为论文的共同第一作者。硕士生陈春君、邬辉磊和工程师冯柳宾、安冬丽参与了部分研究工作，该工作得到国家自然科学基金（22441030、22393901、22021001、22272143）、国家重点研发计划（2021YFA1502300）、中央高校基本科研业务费（20720250005），表界面化学全国重点实验室以及福建省自然科学基金（2024J01213135）的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c09873
