Heteroatom‐Modulated Asymmetric Cobalt Single‐Atom Catalysts on MOF‐Derived Carbon Enabling Durable Zinc‐Iodine Batteries

材料科学 杂原子 催化作用 碳纤维 Atom(片上系统) 纳米技术 化学工程 无机化学 有机化学 冶金 复合材料 化学 戒指(化学) 嵌入式系统 复合数 计算机科学 工程类
作者
Xiaotian Guo,Hengyue Xu,Ziming Qiu,Qianli Ma,Nana Li,Zhangbin Yang,Wenting Li,Yue Lian,Qing Li,Yanwei Sui,Mohsen Shakouri,Hsiao‐Chien Chen,Yizhou Zhang,Huan Pang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (45): e14035-e14035 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202514035
摘要

Abstract The rational design of catalytic host materials with optimized electronic structures and confined architectures is crucial for addressing the shuttle effect and sluggish kinetics in aqueous zinc‐iodine batteries. In this study, an asymmetric cobalt single‐atom catalyst is developed by anchoring Co−N 3 P 1 sites on a nitrogen‐phosphorus co‐doped carbon matrix (Co−N−PC) derived from metal–organic frameworks (MOFs). The coordination engineering of Co centers via phosphorus incorporation disrupts the symmetry of conventional Co−N 4 configurations, enhancing charge redistribution and reducing the energy barrier for iodine dissociation as confirmed by density functional theory calculations. Systematic optimization reveals that moderate Co and P doping balances active sites and electronic conductivity, achieving strong chemical adsorption of polyiodides while maintaining structural stability. In situ Raman and UV–Vis spectroscopies confirm effective confinement of iodine species and reversible iodine conversion. The optimized C3/I 2 cathode exhibits exceptional cyclability, retaining a specific capacity of 100.6 mA h g −1 after 50,000 cycles at 5 A g −1 . Furthermore, practical applicability is demonstrated in flexible soft‐pack batteries and 3D‐printed/screen‐printed micro‐batteries, showing its potential for scalable energy storage. This work presents a heteroatom‐modulation strategy for designing efficient catalytic hosts in conversion‐type batteries.
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