Single atom activated multi-stage active sites for thoroughgoing sodium utilization

锡 氮气 氧气 Atom(片上系统) 氧原子 钒酸盐 碳纤维 吸附 化学 氮原子 钠 无机化学 结晶学 协调数 配对 材料科学 硫黄 磷酸盐 共价键 水热合成
作者
Shengyong Gao,Yibo Zhu,Ke Shi,Peng Liu,Yiming Zhang,Junping Hu,Zhenhai Wen,Lina Wang,Wen Hui Tan,Lianzhou Wang,Bin Luo,Jisheng Zhou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 9269-9269 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-025-64351-9
摘要

Atomically dispersed metals offer advantages in guiding sodium deposition, yet the effects of single atoms on their surrounding structures and the precise tuning of coordination-governed single-atom activity remain underexplored. Herein, carbon nanofiber films with tin single atoms anchored via a dynamic coordination mode (shifting from coordination with three nitrogen atoms and one oxygen atom to coordination with one nitrogen atom and three oxygen atoms) are developed to address these challenges. The tin atoms not only enhance the sodium-ion adsorption activity of their directly coordinated nitrogen and oxygen atoms but also activate remote carbon atoms. The activation capability is strongly dependent on coordination environment, with tin atoms coordinated to more nitrogen atoms exhibiting higher activity. As a result, the optimized tin–carbon host enables uniform sodium deposition and complete stripping, allowing symmetric cells to cycle stably for 1200 h at 100 mA cm−2 and 100 mAh cm−2 with 100% depth of discharge. Anode-free full cells pairing the tin-carbon host with a sodium vanadate phosphate cathode achieve 94% capacity retention after 700 cycles at 10 C (6 min). Atomically dispersed metals can improve sodium deposition control. Here, authors show that tin single atoms on carbon films enhance sodium-ion adsorption and activate surrounding atoms, leading to uniform deposition and stable cycling in sodium batteries with improved capacity retention.
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