由于理论上100%的原子利用率和令人印象深刻的催化活性，单原子催化剂（SAC）已被证明可以有效加速双向硫电化学。通常，SAC一直专注于d区传统金属（Fe/Co/Ni）作为活性中心，通常具有部分填充的d带横跨费米能级，在促进LiPSs的催化转化方面具有巨大潜力。尽管已经取得了相当大的进展，但仍然期望这些催化剂具有更高的活性，这就需要通过精心选择的配位配体和金属原子来合理调节金属中心的d电子结构。大多数工作通过SAC的结合强度、Li2S分解的动能势垒和放电时LiPS的还原势垒来评估催化活性，而固有电子结构对结合强度和能垒性质的影响反应被忽略了。因此，揭示SACs的电子结构，特别是SACs与LiPSs转化之间的相关性，可以为高活性、超稳定和高效SACs的设计提供有价值的指导。
近日，哈尔滨工业大学的尹鸽平教授团队首次设计了锚定在 掺杂碳基体上的新型Nb-SAs催化剂(Nb-SAs@NC)作为LiPS的高效固定剂和催化剂。我们通过密度泛函理论(DFT)计算建立了M-N4位点的活性中心、电子结构和吸附能力之间的关系。受此启发，我们发现畸变的Nb−N位点导致dxz/yz和dz2能级增加，与传统的第四周期SAC相比，这使电子能够填充键合轨道并减少反键合轨道电子占据，导致加强dSAC和Li-S中间体之间的p轨道杂化并提供强硫亲和力。此外，Nb-N4部分为加速LiPSs的氧化还原动力学提供了足够的活性位点，进而实现了协同的“捕获-偶合-转化”机制，提高了Li-S电池的稳定性。因此，用Nb-SAs@NC组装的Li-S电池具有出色的倍率性能（7C时为740mAh g-1）和耐久性（4C时1000次循环后保持率为85%的超高保留率）。此外，这种先进的硫阴极提供了更高的面积容量，并且可以很容易地在可折叠/可弯曲的锂硫软包电池中实现，具有突出的机械稳定性，展示了有潜力的在商业应用前景。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10345
（亢元红）
