锂硫电池因其高理论比容量和理论比能量密度被认为是储能系统的理想选择之一。然而，锂硫电池在实际应用之前仍存在诸多问题亟待解决，特别是可溶性多硫化锂的穿梭效应。虽然目前的固体催化剂材料对吸附-催化-转化多硫化锂具有一定的调节作用，但对电池的电化学性能改善仍然是有限的。因此，急需开发一种兼顾高催化活性和优良稳定性的电催化剂来改善锂硫电池硫转化问题。
酶作为大自然的特殊催化剂，可以专一高效地催化特定底物反应，已被广泛应用于生物化学领域。具有酶活性的血蓝素（Hcs）作为一种携氧蛋白，可以通过其中心的铜原子对与氧可逆结合，对氧还原反应具有良好的催化活性。受到元素周期扩充理论和酶定向进化理论的启发，通过对Hcs进行电池环境适应性改造，获得了一种新型的催化剂——改性血蓝素（DHcs），将其引入锂硫电池正极以解决穿梭效应和硫转化动力学缓慢的问题。结果表明：经过适应性改造后，Hcs的二级结构由原来的α-螺旋状转变为β-片状，这使得隐藏在蛋白内部的Cu活性中心以及侧链上含O、N官能团得到更充分的暴露。得益于DHcs的独特结构，溶剂化多硫化锂可以通过溶剂分子与蛋白质骨架上暴露出来的官能团形成氢键，有效地富集在DHcs的微环境中。随后，去溶剂化多硫化锂通过S−O键和Li∙∙∙N键与官能团发生相互作用，加速电子/Li+向Cu活性中心的传输，降低了催化活性位点的空间位阻，从而促进了多硫化锂的转化。引入DHcs电池的倍率性能和循环稳定性得到显著提升。本研究为开发改性天然酶作为新型高性能锂硫电池催化剂材料提供了新的前景和实验依据。
相关研究成果以《Adaptively Reforming Natural Enzyme to Activate Catalytic Microenvironment for Polysulfide Conversion in Lithium−Sulfur Batteries》为题发表在国际著名期刊《ACS Applied Materials& Interfaces》（IF:10.383）上，BAT365唯一官网为第一单位，BAT365唯一官网2020级研究生梁策为第一作者，BAT365官网杨植教授、聂华贵教授、蔡冬博士和电气与电子工程学院杨硕博士为共同通讯作者。华南理工大学刘军教授，BAT365官网研究生于爽、李婷婷、刘雅慧、电气与电子工程学院研究生王浩浩参与了该项工作。上述工作得到了国家自然科学基金，浙江省自然科学基金，温州市重大科技攻关项目和广东省先进储能材料重点实验室开放基金的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c18976
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