近日，中国科学院合肥物质院强磁场中心王辉研究员、郑方才研究员针对单一催化位点难以促进钠硫电池反应中钠硫化学键断裂的难题，提出构建亲硫-亲钠双功能单原子催化剂的策略，优化了对反应中间体多硫化物的吸附与活化，提升了钠硫电池的反应性能。相关研究成果发表于Adv. Funct. Mater.。

研究团队在Zn−N₄单原子邻近位点嫁接−SO₃H官能团，构建了亲硫-亲钠双位点Zn−N₄−SO₃H/C单原子催化剂。该催化剂通过Zn−S和Na−O键协同吸附Na₂S，导致Na−S化学键键长变长、键角变大，将室温钠硫电池放电反应速率决定步骤的能垒由0.90 eV降至0.40 eV，同时使充电反应Na₂S的分解能垒由1.62 eV降至1.32 eV，揭示了亲硫-亲钠双功能位点对多硫化钠的吸附−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0.1 C的电流密度下循环100次后，电池容量仍然保持1284 mAh g⁻¹，并表现出优异的循环稳定性。

该研究揭示了亲硫-亲钠双位点协同催化室温钠硫电池反应机制，为多功能双位点单原子催化剂的制备提供了新途径。

王辉研究员、郑方才研究员与安徽大学王长来副教授为论文共同通讯作者。中国科学院合肥物质院为第一通讯作者单位。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、中国科学院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支持。

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图1. 双功能单原子催化剂的合成示意图、结构表征及催化多硫化物反应能垒图