钠硫电池因其理论能量密度高（1274 Wh kg⁻¹）以及钠和硫元素储量丰富等优点，受到广泛关注。近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员、郑方才研究员在钠硫电池主族金属催化剂性能研究中取得突破。他们提出了轴向N配体调控钙（Ca）单原子位点电荷局域化策略，提升了钠硫电池的反应性能。相关研究成果发表在国际期刊《自然通讯》（Nature Communications）上。

传统观点认为，主族金属因其具有离域的s/p带电子结构，对钠硫电池反应缺乏催化活性。因此，调控主族金属位点的配位环境是获得高活性钠硫电池催化剂的关键。

针对这一科学问题，研究团队采用氨气热处理策略，成功制备出高活性Ca单原子催化剂。该策略通过向平面Ca−O−C单原子结构中引入轴向的N配位原子，调控了Ca单原子位点的p轨道电子结构，增强了Ca单原子与硫物种之间的p-p轨道杂化相互作用，揭示了Ca单原子对多硫化钠吸附−催化增强机制。基于该催化剂的钠硫电池展现出优异的电化学性能：在0.2 C的电流密度下循环100次后，电池容量仍依然保持1211 mAh g⁻¹，并表现出优异的循环稳定性。

该研究不仅为钠硫电池主族单原子催化剂的设计提供了新思路，也有力证明了单原子配位环境调控在增强主族金属催化活性中的关键作用‌。该项研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、安徽省自然科学基金项目、合肥物质院院长基金拔尖培育计划、中国科学院合肥科学中心协同创新项目、强磁场安徽省实验室等的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59437-3

图1. Ca单原子催化剂的合成示意图、结构表征及钠硫电池反应机理图。