锂硫电池因具有高理论能量密度、低成本及环境友好等优势，被视为极具发展前景的下一代二次电池体系之一。然而，硫物种转化动力学缓慢、多硫化物穿梭效应以及锂负极沉积行为不稳定等问题，仍严重制约其实际应用。

针对这些关键挑战，西南科技大学宋英泽团队联合苏州大学孙靖宇教授、成都大学曾攀副研究员，提出了一种基于桥键调控的双核铜小分子均相催化策略。相关研究成果以“Bridge-bond tailored binuclear Cu spatial proximity steers homogeneous catalysis in Li–S batteries”为题，作为封面文章发表于Science Bulletin。

1. 提出桥键调控双核铜空间邻近性的分子设计策略，通过同步引入氧桥和氯桥，将双核铜分子相邻铜原子间距由4.7 Å缩短至3.2 Å，形成优化的Cu-2-B分子催化构型，在电解液中提供均匀、可迁移的高催化活性位点，协同促进硫转化和锂沉积调控。

2. 结合同步辐射X射线三维纳米成像、中子成像和小角中子散射等先进表征手段，研究从空间分布、沉积形貌和内部结构等多个层面，直观揭示Cu-2-B对Li₂S成核过程以及锂负极表面/内部结构演化的调控机制。

3. 在高硫载、贫电解液、宽温域和叠片软包电池等复杂工况下验证了该均相催化体系的有效性，其中总硫含量为1.1 g的软包电池实现了345.3 Wh kg⁻¹的能量密度。

在高比能二次电池体系中，锂硫电池因硫资源丰富、理论比容量高和环境友好性而受到广泛关注。与传统锂离子电池相比，锂硫电池有望在长续航动力装备和特种电源等高比能储能系统中发挥重要作用。但是，在锂硫电池的充放电过程中，硫物种会经历多步相变和多电子转移，同时可溶性的多硫化物容易在正负极之间往复迁移而引发“穿梭效应”；并且锂金属负极在循环过程中会出现沉积不均和枝晶生长现象。这些问题会共同导致电池容量衰减、循环寿命下降，并增加安全风险。

近年来，研究者常常通过引入电催化剂来加速硫转化反应。然而传统催化剂多为固体异相催化剂，其活性位点固定在电极或载体表面，催化效率往往受限于反应物扩散、固相接触和催化界面。相比之下，均相催化剂能够在电解液中提供均匀且可迁移的活性位点，有望更深入地参与硫物种转化过程。然而，如何从分子层面调控均相催化剂的结构，并阐明其在锂硫电池中的工作机制，仍是该领域亟待解决的问题。

针对上述问题，研究团队基于前期铜基分子催化剂研究基础，进一步提出桥键工程调控策略，实现了对双核铜分子中相邻铜原子空间邻近性的精准调节。通过在双核铜配合物中同步引入氧桥和氯桥键，相邻铜原子间距由4.7 Å缩短至3.2 Å，并在电解液中原位形成高活性Cu-2-B均相分子催化剂。

从催化机制来看，Cu-2-B具有区别于传统固体异相催化剂的均相作用特征。其分子活性位点可随电解液在电极内部传输，从而提升催化位点与硫物种之间的接触效率和空间可达性。研究表明，0.3 wt% Cu-2-B接近其在电解液中的饱和浓度，可在体系中提供较为充分且可迁移的催化活性位点，进而促进多硫化物转化及Li₂S成核/分解过程，并改善锂离子迁移和锂沉积行为。

为揭示Cu-2-B的作用机制，研究团队结合同步辐射X射线三维纳米成像、中子成像和小角中子散射等技术，系统解析了Li₂S沉积物的三维形貌与分布特征，以及循环后锂负极的表面/内部结构演化。结果表明，Cu-2-B可诱导形成沉积量更高、平均尺寸更小且分布更均匀的Li₂S沉积物，同时调控锂负极表面形貌与内部孔洞结构演化，促进更均匀的锂剥离/沉积行为。

电化学测试进一步验证了桥键调控均相分子催化策略的有效性。Cu-2-B催化体系在高硫载、贫电解液和宽温域等复杂工况下均表现出良好稳定性；特别是在273–328K的温度范围内可稳定循环，并在硫含量为1.1 g的软包电池中实现了345.3 Wh kg⁻¹的高能量密度。上述结果表明，桥键工程可有效提升均相分子催化剂活性，为提升锂硫电池在长续航动力装备和特种电源等军民两用领域的适用性提供了重要材料与技术支撑。

图1. 桥键调控Cu-2-B分子催化剂的构筑与工作机制

图2. 同步辐射X射线三维纳米成像揭示Li₂S沉积物的三维形貌与分布特征

图3. 中子成像与小角中子散射解析锂负极演化

图4. 复杂工况下Cu-2-B催化体系锂硫电池电化学性能展示