p–d orbital hybridization induced by transition metal atom sites for room-temperature sodium–sulfur batteries

硫黄 Atom(片上系统) 过渡金属 金属 材料科学 无机化学 化学 原子物理学 冶金 物理 有机化学 催化作用 计算机科学 嵌入式系统
作者
Hao Tian,Yaojie Lei,Bing Sun,Cheng‐Chieh Yang,Chi‐Liang Chen,Tao Huang,Xiaoyue Zhang,Yong Chen,Ailing Song,Le Pang,Hongxia Wang,Chung‐Li Dong,Sean C. Smith,Wei‐Hong Lai,Yunxiao Wang,Xin Tan,Hao Liu,Guoxiu Wang
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:12 (7): nwaf241-nwaf241 被引量:8
标识
DOI:10.1093/nsr/nwaf241
摘要

For energy storage applications involving sulfur redox reactions, uniformly dispersed metal sites in sulfur hosts serve as an effective approach to facilitate electron transfer during charge and discharge cycles. In this study, we exploited a facile method to construct transitional single-atom catalysts to overcome the kinetic limitations for electron transportation in room-temperature sodium-sulfur batteries. By the synergistic effect of polysulfide adsorption and p-d orbital hybridization between catalysts and intermediates, electron-donating and electron-capturing capabilities of different atomic sites towards sulfur redox reactions are systematically revealed. Remarkably, atomic Mn-N4 active moiety structures possess abundant unfilled antibonding orbitals, promoting p-d hybridization and leading to superior sulfur conversion reactions. This work establishes a design paradigm for single-atom catalysts in metal-sulfur batteries by linking atomic-scale electronic features to macroscopic performance. This atomic-level engineering strategy paves the way for high-energy-density room-temperature sodium-sulfur batteries, with potential extensions to other multivalent sulfur-based energy storage systems.
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