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近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心研究員王輝和鄭方才，在鈉硫電池主族金屬催化劑性能研究方面取得進(jìn)展。該研究提出了軸向N配體調(diào)控鈣（Ca）單原子位點電荷局域化策略，提升了鈉硫電池的反應(yīng)性能。

傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，主族金屬因具有離域的s/p帶電子結(jié)構(gòu)，對鈉硫電池反應(yīng)缺乏催化活性。因此，調(diào)控主族金屬位點的配位環(huán)境是獲得高活性鈉硫電池催化劑的關(guān)鍵。

該研究采用氨氣熱處理策略，制備出高活性Ca單原子催化劑。這一策略通過在平面Ca?O?C單原子結(jié)構(gòu)中引入軸向的N配位原子，調(diào)控Ca單原子位點的p軌道電子結(jié)構(gòu)，增強Ca單原子與硫物種之間的p-p軌道雜化相互作用，揭示了Ca單原子對多硫化鈉吸附-催化增強機制?；谠摯呋瘎┑拟c硫電池展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，在0.2 C的電流密度下循環(huán)100次后，電池容量仍保持1211 mAh g^?1，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

上述研究為鈉硫電池主族單原子催化劑設(shè)計提供了新思路，也證明了單原子配位環(huán)境調(diào)控在增強主族金屬催化活性中的作用?。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院相關(guān)項目等的支持。

論文鏈接

Ca單原子催化劑的合成示意圖、結(jié)構(gòu)表征及鈉硫電池反應(yīng)機理圖