锂硫（Li-S）电池由于高的理论容量(1675 mAh g-1)和能量密度(2500 kW kg-1), 原料储量丰富以及环境友好等特点，被视为最具有应用前景的下一代可充电电池之一。然而多硫化锂中间体的穿梭效应和缓慢的氧化还原动力学，以及硫化锂不均匀的沉积过程等这些问题极大地降低了锂硫电池的实际容量、倍率性能和循环寿命。近来，研究发现将极性金属化合物引入到硫正极中，可以在一定程度上将多硫化物锚定在正极中，并促进其氧化还原反应，从而提高锂硫电池的电化学性能。然而金属化合物的使用需要克服以下几个问题：①大部分金属化合物在锂硫电池充放电电压区间内不具有电化学活性，引入高质量含量金属化合物降低锂硫电池实际能量密度；②金属化合物往往导电性不佳，难以满足锂硫电池工作过程中电子的快速转移需求；③金属化合物的引入对于放电产物硫化锂沉积过程的影响尚不清楚。

本研究工作设计了一种包括负载多硫化锂的碳纳米纤维层和修饰金属钼纳米簇的碳纳米管层的复合结构半液态正极来调控锂硫电池中含硫物种电化学行为。在这种结构中，双层多孔结构能够容纳大量的活性多硫化锂，并且对其穿梭过程具有物理阻挡作用，金属钼团簇能够化学吸附多硫化锂，并催化其电化学氧化还原反应，同时调控硫化锂纳米颗粒的均匀沉积。得益于此，使用这种正极的锂硫电池可以表现出优异的循环稳定性（在1 C电流下循环500圈后，每圈的容量衰减率低至0.06%）和高的倍率性能（在5 C电流下表现出694 mAh g-1的放电容量）。此外，当硫载量高达7.64 mg cm-2时，在0.2 C电流下循环100圈后可逆面容量高达4.75 mAh cm-2，容量保持率为80%。这种兼具多硫化物吸附与催化能力的金属纳米簇的使用为开发高比能锂硫电池正极提供新的研究思路。

相关研究成果以“Enhanced Chemical Immobilization and Catalytic Conversion of Polysulfide Intermediates Using Metallic Mo Nanoclusters for High-Performance Li-S Batteries”为题发表在能源类知名期刊ACS Nano上。