郭嘉兴：在原子尺度上破解钠硫电池的商业化困局

郭嘉兴，上海交通大学化学化工学院化学（强基计划）专业 2022 级本科生，第二期“溥渊未来学者计划”成员。在张二欢副研究员的指导下，他围绕钠硫电池双原子催化正极方向开展了近两年的科研实践，重点探索下一代高能量密度储能体系中的关键材料与催化机理问题。
本科期间，他持续深耕新能源电化学与材料交叉方向的研究。目前，已有两篇 SCI 论文分别发表于 Advanced Functional Materials 与 Energy Material Advances，一篇独立一作论文投稿于材料学顶级期刊 Advanced Materials；相关研究成果还在中国化学会第二届全国能源化学学术会议上完成了学术展示。

· 项目介绍

钠硫电池双原子催化正极的定向设计与机理研究

室温钠硫电池被视为锂离子电池的理想替代方案，有望应用于动力电池与大规模电网储能：硫正极可在更少材料用量下提供更高电能，钠矿储量远高于锂矿，硫的成本也远低于三元钴镍锰材料。然而，经过近二十年的发展，室温钠硫电池始终未能实现商业化突破，核心挑战在于两个“卡脖子”问题：一是硫的高绝缘性导致多步反应速率极慢，理论最高容量无法完全释放；二是正极硫容易溶解于电解液中发生“穿梭效应”，使电池容量快速衰减，缩短使用寿命。
郭嘉兴的第二期未来学者项目正是从这一长期瓶颈出发，提出了“双原子催化正极”的解决方案。在导师引导下，他将前沿的原子级催化剂引入硫碳正极体系，精确设计并合成出既能加速多步电化学反应、又能原位捕获并固定硫物种的双原子催化正极，并探明其在充放电过程中的双向催化机理。项目综合运用材料合成、电化学测试与计算化学模拟，从原子尺度揭示了双原子位点的协同催化机制，为高能量密度、长循环寿命的室温钠硫电池提供了可行的材料设计思路。

· 科研探索

在交叉研究中理解“真实科研”

从项目立项到结题，郭嘉兴承担了催化剂设计与合成、电化学性能测试、机理分析、数据整理以及论文撰写等完整科研链条中的核心工作。对他而言，这段经历最大的收获，是逐渐认识到本科生也能成为科研的第一责任人。

刚进入课题组时，他更多是在导师指导下完成实验操作；但随着项目不断推进，他开始逐渐独立思考方法背后的科学逻辑、现有方案的局限以及可能的改进方向。张二欢老师始终给予他充分的信任与耐心的指导，在关键节点帮助他梳理研究思路，却并不直接替他作出决定。

与此同时，“溥渊未来学者计划”支持前沿交叉领域复合型科技创新人才培养的理念，也为他搭建了一个多学科交叉学习与科研实践的平台。钠硫电池研究本身横跨材料科学、电化学与计算化学等多个方向，为了理解双原子催化剂的作用机理，他不仅需要掌握实验与表征方法，也需要进一步学习电子结构与界面反应等交叉知识。这种跨学科研究经历，也让他逐渐学会从更系统的视角分析复杂问题。

除了实验研究，他还完整经历了从数据采集、图表绘制到论文投稿与学术展示的全过程，并在中国化学会学术会议上完成研究成果展示，进一步提升了学术表达与交流能力。

· 未来展望
未来，郭嘉兴将继续在溥渊未来技术学院攻读博士学位，希望继续深耕电化学与储能材料的前沿领域，特别是在原子级催化剂设计、金属硫基电池体系以及电化学反应机理等方向持续探索。他相信，科研的价值不止在于发表论文，更在于能否真正解决从实验室走向应用的核心难题，让更安全、更高效、更低成本的储能技术早日服务于能源转型与可持续发展。溥博渊泉，与日俱进，他将以创新与突破践行科研初心，稳步迈向新的研究征程。