本研究通过简便的超快焦耳加热法，成功合成了一种异质结构纳米催化剂，该催化剂将具有强吸附能力的WOx和高电导率的W2C结合在自由悬挂的碳纳米纤维(CNFs)薄膜上（图1）。这种密集分散的异质结构纳米粒子在CNFs上提供了丰富的均匀Li2S沉积的成核位点和大量的催化活性位点，显著提高了Li2S氧化的催化效率。连续的异质界面有利于提高硫物种的吸附效率和促进电荷转移动力学，从而降低了Li2S去锂化的活化能。实验结果表明，优化后的产品CNFs@WOx/W2C-0.8对Li2S氧化表现出增强的电催化活性和良好的Li2S沉积调控，加速了充电过程中的电化学反应动力学。因此，配备CNFs@WOx/W2C-0.8的Li-S电池实现了高达约86%的硫利用率、在2C时的高倍率性能为935 mAh g^-1、1C时的稳定循环性和高达7.0 mAh cm^-2的高面容量。

在合成和结构表征方面，采用了超快焦耳加热技术来合成由自由悬挂的CNFs支撑的WOx/W2C纳米粒子（图2a）。通过电沉积法，首先在CNFs上形成(H2W12Ox)·H2O，作为后续焦耳加热过程中WOx/W2C形成的前驱体。通过调节电沉积过程中加载在CNFs上的前驱体数量，成功制备了密集且均匀分散的异质结构WOx/W2C纳米粒子。扫描电子显微镜(SEM)图像显示了CNFs@WOx/W2C-0.8纳米粒子在CNFs上的密集分布（图2b）。透射电子显微镜(TEM)图像和高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像以及相应的能谱(EDS)映射进一步研究了CNFs@WOx/W2C-0.8的元素分布（图2c, d）。高分辨透射电子显微镜(HRTEM)用于进一步识别微观结构相信息，揭示了异质结构CNFs@WOx/W2C-0.8的特征（图2e）。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)用于定量分析不同组成相的演变（图2f, g）。

在电催化活性方面，通过线性扫描伏安法(LSV)测量，实验性地探索了CNFs@WOx/W2C基材料对Li2S氧化的电催化行为。CNFs@WOx/W2C-0.8的LSV曲线显示出比其他材料更低的起始电位，表明其具有改善的电催化活性（图3a, b）。通过循环伏安法(CV)曲线和扫描电镜(SEM)图像，进一步验证了CNFs@WOx/W2C-0.8加速和调控Li2S沉积的能力（图3c, d）。紫外光电子能谱(XPS)用于评估W2C和WO3的功函数，以评估电子转移的活化能（图S13，支持信息）。XPS还用于阐明LixS纳米粒子与CNFs@WOx/W2C-0.8之间的相互作用（图3e, f）。

在Li-S电池的动力学分析中，通过电化学阻抗谱(EIS)测量进一步验证了CNFs@WOx/W2C-0.8增强的电催化活性。Nyquist图显示了CNFs@WOx/W2C-0.8具有最小的电荷转移电阻(Rct)，表明了最快的电荷转移动力学（图4a）。通过Arrhenius方程确定了不同温度下充电过程中的活化能(Ea)（图4b, c）。此外，还探讨了CNFs@WOx/W2C基材料对Li2S氧化的电催化能力，并使用恒电位实验表征了不同阴极上预沉积Li2S的溶解行为（图4d-g）。

在Li-S电池的电化学性能方面，组装了使用LiPSs catholyte作为活性材料的电池，并测试了不同宿主的电化学性能。恒流充放电(GCD)曲线显示了典型的两个充电平台和两个放电平台（图5a）。特别是，CNFs@WOx/W2C-0.8的电池在0.1 C时硫利用率高达86.1%，在0.2 C时比其它三个宿主的电池具有更高的比容量（图5a）。此外，CNFs@WOx/W2C-0.8的电池在不同电流密度下实现了高可逆容量，并且在2 C时提供了935.0 mAh g^-1的容量，远高于其它电池（图5c）。在0.5 C和1 C的电流密度下，电池展现了优异的循环稳定性和低容量衰减率（图5d, e）。

在高硫负载下，进一步验证了CNFs@WOx/W2C-0.8在Li-S电池中的潜力。在0.2 C下测试了4.0 mg cm^-2的硫负载，并在70个周期后实现了高容量保持率和平均库仑效率（图6a）。随着硫负载的增加，电池在0.1 C下实现了更高的初始面容量（图6b）。在6.1 mg cm^-2的硫负载下，经过45个周期后，电池提供了5.8 mAh cm^-2的面容量，并保持了97.0%的初始面容量，对应于每周期0.067%的容量衰减率（图6c）。与最近报道的具有电催化剂的Li-S电池相比，本工作中CNFs@WOx/W2C-0.8的电池在高面容量下展现了优异的面容量（图6d）。这些出色的性能展示了CNFs@WOx/W2C-0.8作为电催化宿主实现高能量密度Li-S电池的巨大潜力。