随着在双碳目标驱动下，电网级储能技术成为能源革命的关键支撑。室温钠硫(RT Na-S)电池凭借1274 Wh/kg的理论能量密度、钠/硫原料储量丰富、成本低廉等优势，被视为下一代规模化储能的有力候选。然而，多硫化物穿梭、反应动力学迟缓、体积膨胀严重这三大本征不足，始终限制钠硫电池的应用化进程，仍存在巨大挑战。

近日，新疆师范大学蔡燕军/粟智团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表题目为“Phase engineered multicomponent composites as efficient sulfur hosts synergistic adsorption and electrocatalysis for stable room temperature Na-S batteries”的最新研究成果：通过精准相工程策略，构建了Mo2C/Fe0.5Mn0.2Ni0.3/FeCo/Ni3Mo3C多相复合催化材料(CAT)，实现了吸附-传导-催化的三重协同，为室温钠硫电池的界面调控提供了全新思路。

核心创新在于通过相工程设计，优化了室温钠硫(RT Na-S)电池中吸附-催化协同作用的权衡困境。传统单一活性位催化剂常受限于单一调控路径：过强的化学吸附易导致中间产物脱附困难，引发活性位点毒化；而过弱的吸附则难以抑制多硫化物的穿梭效应。针对上述瓶颈，团队采用溶剂热，高温煅烧热解策略，构建了Mo2C/Fe0.5Mn0.2Ni0.3/FeCo/Ni3Mo3C多相复合催化体系，通过多晶相的功能互补实现了从电子传导、多硫化物锚定到催化转化的多步协同。该体系中，高导电性的Mo₂C基体构建了高效的电子传输网络；Fe0.5Mn0.2Ni0.3固溶体合金凭借多金属中心的协同效应，优化了多硫化物的吸附吉布斯自由能，实现适度吸附，有效规避了强吸附导致的动力学迟滞；FeCo合金相则作为高活性催化中心，显著加速了多硫化物的氧化还原转化动力学；界面处原位生成的Ni3Mo3C相进一步增强了异质结构的机械与化学稳定性。四者通过紧密的界面耦合，形成导电-吸附-催化三位一体的功能闭环，避免单一组分的性能短板。

图1. CAT催化剂及CAT S/C复合材料的表征分析：(a) CAT的SEM图像；(b) CAT S/C复合材料的SEM图像；(c) Fe、Co、Mo、Mn、Ni、S、C的元素映射图；(d-g) CAT的HRTEM图像、SAED衍射及TEM元素映射图。

如图1所示，CAT S/C复合材料成功构建了多相异质结构：其保留三维多孔骨架，元素分布均匀；HRTEM与SAED证实材料由Mo2C、FeCo、Fe0.5Mn0.2Ni0.3及Ni3Mo3C等多相纳米晶组成，晶界清晰，异质界面丰富。该结构将多元合金活性中心嵌入Mo2C导电网络，为优异电化学性能提供了结构基础。

图2. CAT S/C与S/C的电化学性能对比：(a) 倍率性能；(b) 不同倍率下的充放电曲线；(c) 0.5 C下的循环性能；(d) 1 C下的循环性能；(e) 电化学阻抗谱；(f) 与文献报道的性能对比；(g) 2 C下的循环性能。

如图2所示，通过对CAT S/C复合正极在室温钠硫电池中的电化学性能进行了综合的循环性能测试，结果表明该材料凭借独特的多相协同机制实现性能显著突破：在0.4-3.0 V电压窗口内，CAT S/C电极于0.1C倍率下展现出1308 mAh g⁻¹的初始放电比容量，5 C高倍率下仍保持1180 mAh g⁻¹，且电流密度回到0.1 C后容量可恢复至1354 mAh g⁻¹，库伦效率始终高于99.5%；长循环测试中，其在1 C下循环1600次后仍维持1175 mAh g⁻¹的可逆容量，2 C下最终容量达970 mAh g⁻¹，远优于对照组S/C电极。电化学阻抗谱揭示其电荷转移电阻为~28 Ω，反应活化能低至0.05 eV，充放电平台平稳且极化微小，动力学性能优异，综合指标领先于当前多数已报道的硫宿主材料。这种卓越性能源于材料多相异质结构的协同效应：FeCo/Fe0.5Mn0.2Ni0.3多元合金相通过M-S键强效锚定多硫化钠，从根源上抑制穿梭效应；Mo2C连续导电网络提供高速电子传输通道；丰富的异质界面(Ni3Mo3C相)诱导界面电荷重排并形成内建电场，显著降低了多硫化物转化(尤其是Na2S4→Na2S2步骤)的反应能垒，从而实现吸附-传导-催化的功能一体化，为高性能室温钠硫电池的开发提供重要材料基础与设计思路。

图3. (a, d) Na2S6吸附后的紫外-可见吸收光谱及光学照片；(b, c) S/C与CAT S/C在含Na2S6电解液中、1.76 V(vs. Na⁺/Na)恒电位下的放电电流-时间曲线；(e, f) S/C与CAT S/C的Tafel曲线及CV拟合极化曲线；(g, h) S/C与CAT S/C的CV等高线图；(i) Mo2C/Fe0.5Mn0.2Ni0.3异质界面的差分电荷密度图；(j) 多硫化物转化自由能台阶图。

如图3所示，结合吸附实验测试、电化学表征及理论计算，证实了CAT催化剂抑穿梭、促转化 的双重机制。UV-vis与吸附实验表明，CAT S/C对Na2S6的吸附远优于S/C对照组，归因于过渡金属与多硫化物形成的强M-S键。恒电位放电与Tafel测试证实其优异电催化活性：还原电流峰值（441.2 mA h g-1）与交换电流密度（2.442 A cm-2）均显著高于S/C，塔菲尔斜率更低（483 vs. 531 mV dec-1），异质界面有效降低了电荷转移能垒。DFT计算阐明，Mo2C/合金异质界面引发电荷重排，内置电场使合金d带中心上移0.53 eV至-1.18 eV，优化吸附能；自由能计算显示S8→Na2S还原全程自发(ΔG<0)，决速步S4→S2能垒从1.39 eV降至1.01 eV。多相协同作用明确：Fe0.5Mn0.2Ni0.3合金主导S-S键断裂，Ni3Mo3C相防中毒，Mo2C网络提供优异导电基底，构筑连续快速的反应路径。上述机理经原位EIS及DRT分析动态验证，深化对室温钠硫电池多相界面催化过程的认识，为高性能硫基正极材料的理性设计提供理论依据。

意义展望

多相协同效应、分级孔隙结构及优异的机械稳定性实现了高效的多硫化物调控与快速的离子/电子传输。本研究凸显了相工程在设计高性能储能材料方面的潜力，并为金属-硫电化学中的界面催化机制提供了基础性见解。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.141111

作者：玛珂巴里·赛哈提, 蔡燕军, 吴璐璐, 田华玲, 姚翔, 王英波, 粟智

基金支持：新疆维吾尔自治区重点研发项目、国家自然科学基金、新疆师范大学青年拔尖人才项目。

人物简介

蔡燕军，理学博士，新疆师范大学副教授、硕士/博士生导师，化学化工学院专职教师。主要从事材料化学、电化学、材料物理与化学等方面的研究工作，2021 年入选 “天山青年计划” 青年科技人才计划。承担国家自然基金1项，新疆维吾尔自治区自然科学基金项目1项，参与国家自然科学基金1项。在 J. Mater. Chem. A、J. Power Sources、ACS Appl. Mater. Interfaces 等期刊上发表 SCI 学术论文35 余篇。获得新疆维吾尔自治区优秀论文一等奖 2 次。

粟智，二级教授，博士生导师，新疆轻工职业技术学院院长，新疆科技创新领军人才。主要从事锂离子和钠离子电池正极材料的研究，主持省部级、国家级课题 6 项，其中国家自然科学基金资助项目2项，新疆自然科学基金面上项目2项，新疆高校科研计划重点项目2项。参与国家重点基础研究发展规划项目(863 项目) 1项，实现成果产业化2项，公开发明专利23件。已在国内外期刊上发表论文200余篇。2016年获新疆维吾尔自治区优秀教学成果三等奖和新疆维吾尔自治区第十四届自然科学优秀论文二等奖。