原子簇催化剂解耦碘还原路径，助力超长寿命水系锌碘电池！祝贺陈茂鑫等在《 Energy & Environmental Science 》上发表最新成果

祝贺陈茂鑫等的论文 "Redirecting Iodine Reduction Pathways by Decoupling Adsorption Energies for Long-Life Zn–I₂ Batteries"在 Energy & Environmental Science 上发表。

近日，我们团队与南开大学王卫超教授团队合作，在水系锌碘电池电催化剂设计方面取得重要进展。针对碘还原过程中中间产物吸附能相互耦合导致的"穿梭效应"难题，提出并设计了一种具有原子尺度几何不对称性的原子簇催化剂(ACCs)。该研究成功解耦了碘还原多步反应的吸附能，将反应路径重定向至低能垒通道，为开发高性能、长寿命锌碘电池提供了全新思路。

水系锌碘电池具有高安全性、低成本及高理论容量等优点，但可溶性多碘化物的"穿梭效应"严重制约了其实际应用。我们团队研究发现，传统电催化策略多依赖单点催化剂，由于各中间产物吸附能之间存在线性标度关系，催化剂往往会陷入"顾此失彼"的困境：加速一个中间体吸附的同时，往往会过度稳定另一个中间体，反而加剧穿梭效应。

聚焦这一难题，我们团队设计并合成了一种具有几何不对称性的原子簇催化剂(ACCs)。该催化剂采用原子级分散的Zn位点与过渡金属纳米簇耦合的Zn₁M构型。其独特机制在于通过"几何不对称性"实现反应路径的重定向：利用不对称结构独立优化关键中间产物(*I₂、*I₃、*I₅)吸附强度，物理和能量层面双重抑制长链I₅^-的形成，同时将限速步骤I₃^-的还原能垒降低至仅0.179 eV。成功将碘还原反应从高能垒的*I₅路径重定向至低能垒的*I₃主导路径，从源头上抑制了多碘化物穿梭。

原子簇催化剂(ACCs)与传统单点催化剂的碘还原路径对比示意图

通过原位光谱技术和密度泛函理论计算，我们团队证实了该策略在动力学和热力学上的双重成功。在6.5 mg cm^-2的高碘负载下，电池实现了超过15,000次的长循环(2 A g^-1)，每循环容量衰减率低至0.0014 %。实现了6.6 mAh cm^-2的高面积容量。基于该策略制备的实用化软包电池展现出极高的稳定性，有力证明了原子尺度催化剂设计在实际应用中的巨大潜力。

本工作提出的"通过几何控制平衡多中间体吸附"的设计原则，成功攻克了锌碘电池中碘还原路径耦合的科学难题。这一思路不仅为高性能锌碘电池的开发提供了创新方案，也为硫还原等涉及多步转化反应的电化学体系提供了极具参考价值的普适性设计范式。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2026/EE/D5EE06963G

DOI：10.1039/d5ee06963g