【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈉硫電池因其理論能量密度高(1274 Wh kg−1)以及鈉和硫元素儲量豐富等優(yōu)點，受到廣泛關注。近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心王輝研究員、鄭方才研究員在鈉硫電池主族金屬催化劑性能研究中取得突破。他們提出了軸向N配體調控鈣(Ca)單原子位點電荷局域化策略，提升了鈉硫電池的反應性能。相關研究成果發(fā)表在國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)上。
 

　　傳統(tǒng)觀點認為，主族金屬因其具有離域的s/p帶電子結構，對鈉硫電池反應缺乏催化活性。因此，調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鍵。
 

　　針對這一科學問題，研究團隊采用氨氣熱處理策略，成功制備出高活性Ca單原子催化劑。該策略通過向平面Ca−O−C單原子結構中引入軸向的N配位原子，調控了Ca單原子位點的p軌道電子結構，增強了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。基于該催化劑的鈉硫電池展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能：在0.2 C的電流密度下循環(huán)100次后，電池容量仍依然保持1211 mAh g−1，并表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
 

　　該研究不僅為鈉硫電池主族單原子催化劑的設計提供了新思路，也有力證明了單原子配位環(huán)境調控在增強主族金屬催化活性中的關鍵作用‌。該項研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金項目、安徽省自然科學基金項目、合肥物質院院長基金拔尖培育計劃、中國科學院合肥科學中心協(xié)同創(chuàng)新項目、強磁場安徽省實驗室等的資助。
 

圖1. Ca單原子催化劑的合成示意圖、結構表征及鈉硫電池反應機理圖。