通过轨道杂化工程设计的B/C/Si-MoS?作为高效催化剂，用于加速锂硫电池中的硫氧化还原反应动力学：一项密度泛函理论（DFT）研究

《Scripta Materialia》：Orbital-hybridization-engineered B/C/Si-MoS? as high-efficiency catalyst for accelerating sulfur redox kinetics in lithium–sulfur batteries: A DFT study

提升锂硫电池Li?S阴极性能的关键在于优化MoS?的轨道取向，通过B/C/Si掺杂调控其电子结构，产生垂直表面未占据/半占据p_z轨道，增强与LiPS的吸附和催化活性，促进Li?S分解及S?转化。

　　

赵波|李宇豪|张久昌|孙雅梅|张伟

河南科技大学材料科学与工程学院，洛阳市471023，中国

摘要

提高Li?S正极的导电性并降低其活化能垒对于锂硫电池至关重要。尽管金属硫化物涂层能够改善导电性和动力学性能，但进展受到MoS?中轨道取向不佳的限制。理想的轨道结构应包含未占据或部分占据的pz轨道。我们通过密度泛函理论对掺杂B/C/Si的MoS?进行调控，以改变其轨道配置。掺杂剂诱导轨道杂化，生成垂直于表面的未占据或半占据的pz轨道。这些轨道与LiPSs中的S pz轨道发生最大程度的重叠，从而增强吸附作用，并促进Li?S的分解及S?→Li?S的转化。因此，B/C/Si-MoS?作为一种兼具涂层和催化剂双重功能的材料，显著提升了Li?S的电化学性能。这种轨道取向调控策略为开发先进的锂硫电池催化剂提供了理论基础。

作者贡献声明

赵波：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始稿，监督，资源协调，项目管理，方法论设计，资金申请，数据分析。 李宇豪：撰写 – 原始稿，数据分析。 张久昌：数据分析。 孙雅梅：数据可视化。 张伟：数据可视化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了中国博士后科学基金（项目编号：2024M760801）、河南省2025年重点科研计划（项目编号：25A430009）以及河南科技大学提供的启动资金（项目编号：13480130）的支持。