Coordination engineering of single atom catalysts for lithium-sulfur batteries: from local structure design to catalytic mechanisms

化学 催化作用 Atom(片上系统) 局部结构 配位复合体 纳米技术 结晶学 配体(生物化学) 化学工程 晶体结构 高分子化学 计算化学 反应机理
作者
Shupeng Zhao,Chuyin Ma,Yue Yu,Jiayi Wang,Jiawen Chen,Lin Yang,Xin Eric Wang,Mingliang Jin,Zhongwei Chen
出处
期刊:Coordination Chemistry Reviews [Elsevier BV]
卷期号:556: 217664-217664 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ccr.2026.217664
摘要

Single-atom catalysts (SACs) have emerged as powerful electrocatalysts to accelerate sulfur redox kinetics in lithium‑sulfur (Li-S) batteries, owing to their maximized atomic utilization and tunable electronic properties. From the perspective of coordination chemistry, this review conceptualizes SAC sites as coordination complexes, systematically outlining how their coordination number, ligand type, local symmetry, and ligand-field strength dictate the metal valence state, spin state, and frontier orbital configuration, thereby governing polysulfide adsorption, activation barriers, and multi-electron conversion pathways. We organize the literature into four coordination-focused families—(i) classical M-N 4 configurations, (ii) non-M-N 4 coordination architectures (e.g., M-N 2 , M-N 3 , M-N 5 ), (iii) heteroatom-coordinated structures (e.g., M-N m X n , where X = O, S, Cl, P, etc.), and (iv) dual-atom catalysts. For each category, we analyze the structure-activity relationships and the underlying mechanisms that govern polysulfide adsorption, activation, and conversion. Finally, we outline current challenges and propose future directions toward the rational design and scalable synthesis of SACs with optimized coordination structures. This coordination-centric review aims to bridge molecular coordination chemistry and electrocatalysis by providing targeted, predictive guidelines for next-generation Li-S catalyst design.
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