李亚栋&王定胜&温珍海JACS：单原子工程助力可再充电Na-S电池

2022年10月30日上午12:16 • 顶刊解读

由于可再充电Na-S电池具有相当高的能量密度、丰富的元素和低廉的成本，因此其发展前景非常广阔，但同时也面临S物种氧化还原动力学迟缓、多硫化物穿梭效应以及Na枝晶生长等问题。根据理论指导预测，稀土金属钇（Y）-N₄单元被作为一个有利的Janus位点，用于多硫化物的电催化转化，以及可逆均匀Na沉积。

基于此，清华大学李亚栋院士和王定胜副教授、中科院福建物质结构研究所温珍海研究员（共同通讯作者）等人报道了一种利用金属-有机骨架（MOF）制备单原子杂化物，其中Y单原子被纳入氮掺杂的菱形十二面体碳主体（Y SAs/NC），它具有良好的亲Na和S性Janus特性。

密度泛函理论（DFT）计算预测，YN₄/C可以降低Na₂S分解势垒，显示出聚砜（Na₂S₆）的强大吸收能量，并提供有效的亲Na位点，以促进均匀Na形核。作者设计并合成了Y单原子加入到掺氮化碳多面体（Y SAs/NC）中，以构建Y SAs/NC-S||Y SAs/NC Na全电池，该电池具有高容量（822 mAh g^-1）、优异的倍率能力和循环耐久性（在5 A g^-1下进行1000次循环后容量保持率为97.5%）。

结合机理研究进一步表明，Y原子位点可以电催化S₈还原为最终产物Na₂S，加速反应动力学，有效缓解“穿梭效应”，并在高电流密度下表现稳定的循环。此外，作者制备了6 cm×6 cm的柔性Na-S袋式电池，具有稳定的循环性能，显示了Y SAs/NC在Na-S电池中的潜在应用价值，同时为未来在储能或动力电池中应用Na-S全电池的开发提供了线索。

Single-Atom Yttrium Engineering Janus Electrode for Rechargeable Na-S Batteries. J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c07655.

https://doi.org/10.1021/jacs.2c07655.

李亚栋&王定胜&温珍海JACS：单原子工程助力可再充电Na-S电池

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