锂硫电池作为下一代储能技术的有力候选者，凭借其高能量密度和成本优势备受瞩目。然而，硫转换反应的动力学缓慢一直是限制锂硫电池实际性能的关键因素。为了攻克这一难题，科研人员将目光投向了单原子催化剂，尤其是新兴的高熵单原子催化剂，尽管其背后的化学机制一直未得到明确解释，常被简单归结为协同或熵增效应，从而阻碍了催化剂的设计与性能优化。

高熵单原子催化剂种长程相互作用示意图 图片来源：中科院

中国科学院金属研究所的科研人员，在前期对高效锂硫电池催化剂的深入研发基础上，采用第一性原理计算与实验方法，对单原子催化剂的催化机制进行了深入探索。他们发现，中心金属原子间的长程相互作用，是影响催化性能的关键所在。这一发现，打破了之前对单原子催化剂催化机制的模糊认识，为催化剂的设计与性能优化提供了新的思路。

科研人员进一步发现，不同中心金属原子间存在非键合作用的长程相互作用，这种作用在亚纳米距离内尤为显著。这种长程相互作用会影响中心金属原子的d电子占据状态，进而导致非典型价态的出现。熵的增加则进一步促进了中心金属原子中d电子和基底碳原子中π电子的重排，从而提升了催化性能。

基于这一发现，科研人员成功设计了一种高熵单原子催化剂，该催化剂能够调节硫化物的吸附和转化反应动力学，并提高被吸附硫化锂的电子导电性。实验结果显示，使用该催化剂的锂硫电池在10 C的高倍率下，初始容量可达800 mAh g-1，并可稳定循环200圈以上。

这一研究成果不仅为单原子催化剂的进一步发展提供了坚实的理论基础，也为高比能锂电池技术的创新研究开辟了新的道路。相关研究成果已在《先进材料》上发表，并获得了学术界的广泛关注。