以硫单质为正极、镁金属为负极的镁硫（Mg-S）电池，凭借极高的理论能量密度（3221 Wh L⁻¹ / 1684 Wh kg⁻¹）、低成本和资源丰富等优势，成为极具潜力的下一代储能技术。然而，当前Mg-S电池的实际能量密度仍远低于其理论潜力，主要受限于可逆放电容量不足与平均工作电压偏低等问题。制约其性能的核心科学瓶颈在于多硫化物转化过程中的动力学迟滞。具体而言，硫及其转化产物固有的低电导特性，叠加Mg²⁺高电荷密度引发的强静电作用与高界面迁移能垒，共同导致了充放电过程中的多重动力学障碍。这在宏观上表现为显著的过电位、活性物质利用率低下以及不可逆产物的积累，最终使得电池的实际性能未达预期。

图1. (A) DFT计算得到的MgS4在MnPc、FePc、CoPc、CuPc和石墨烯上的吸附能，插图展示了优化后的吸附构型。(B) 不同催化剂修饰的Mg–S正极在0.1 C下的首次充放电曲线。虚线框标示了多硫化物向MgS2/MgS转化的容量区间。(C) 不同催化剂修饰的Mg–S电池在0.5 mV s⁻¹扫描速率下的循环伏安曲线。(D) 火山图，展示了吸附能与平均放电电压（实心圆点，左纵轴）和放电比容量（空心圆点，右纵轴）之间的关系。

近期，清华大学物理系张跃钢课题组筛选并验证了一种具有明确 Fe–N₄ 活性中心的酞菁铁（FePc）分子催化剂，旨在解决 Mg–S 电池中多硫化物转化动力学缓慢这一关键科学问题。研究首先结合理论计算与初步电化学测试，对一系列M‑Pc催化剂进行系统筛选，确认FePc在促进多硫化物转化方面的优异性能。随后，借助多种表征手段，团队验证了FePc在载体上的均匀分布及其Fe–N₄配位结构的完整性；并进一步深入揭示了FePc在降低反应能垒、促进固态产物成核等方面的内在催化机制。研究表明，该催化作用在各类测试条件下均表现显著，尤其在低温、高硫负载和高倍率循环等苛刻条件下发挥着至关重要的作用，使得含FePc的电池能够维持更高的容量与更稳定的电压。更为重要的是，研究团队将这种材料层面的优势成功转化为系统层级的实际验证，成功制备出能量密度达 58.4 Wh/kg 的实用型软包电池。

该研究成果以“铁酞菁催化剂加速实用镁硫电池中的多硫化物转化”（Iron Phthalocyanine Catalyst Accelerates Polysulfide Conversion in Practical Magnesium–Sulfur Batteries）为题发表在学术期刊《化学催化》（Chem Catalysis）上。清华大学物理系张跃钢教授为该文的通讯作者，清华大学物理系博士生林起源、王天余、陈文杰为文章的第一作者。该项工作得到国家自然科学基金（W2441009）的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.checat.2026.101758