單原子催化劑（SACs）具有獨(dú)特的配位化學(xué)性質(zhì)，是鋰-硫（Li-S）電池中高效電催化體系的重要組成部分，其合理設(shè)計(jì)已成為多硫化鋰（LiPSs）轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)。
基于此，北京化學(xué)防御研究所王安邦和北京化工大學(xué)黃雅欽教授等人報(bào)道了通過(guò)卟啉將銦（In）SACs吸附在碳納米管上（SAIn@CNT），克服了熱解過(guò)程中空尺度上的失配和團(tuán)聚問(wèn)題。高含硫量（14.29 g）的SAIn@CNT袋式電池顯示出顯著的比能量（495wh kg-1）和穩(wěn)定的循環(huán)性能，在0.2 C下循環(huán)50次，這是國(guó)際上首次報(bào)道。通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了不同配位的In SACs的催化機(jī)理進(jìn)行了評(píng)價(jià)。根據(jù)In-N3和In-N4的In-4d軌道的偏態(tài)密度（PDOS）圖，在In-N配位鍵中，電子聚集在吸引電子的N原子周?chē)?，而隨著配位數(shù)的縮小，電子轉(zhuǎn)移到In原子上。
根據(jù)Bader電荷分析結(jié)果，In-N3中的In傳遞了-1.344 e的電荷，高于In-N4，隨著電子重排，In-N3的費(fèi)米能級(jí)預(yù)計(jì)更接近導(dǎo)帶，從而導(dǎo)致與LiPSs的強(qiáng)相互作用。此外，作者計(jì)算發(fā)現(xiàn)較高的d會(huì)增加反鍵效應(yīng)的能量，減弱相應(yīng)的鍵強(qiáng)度，從而導(dǎo)致In-N3位點(diǎn)上LiPSs的激活勢(shì)壘降低。In-N3基樣品在費(fèi)米能級(jí)附近的電子密度高于In-N4基樣品，進(jìn)一步證明了LiPSs/In-N3體系中促進(jìn)了電子轉(zhuǎn)移，說(shuō)明了在有缺陷的單原子結(jié)構(gòu)中電導(dǎo)率增強(qiáng)，提高了LSBs的倍率能力和循環(huán)性能。計(jì)算得到In-N3和In-N4的功函數(shù)分別為8.25 eV和9.15 eV，說(shuō)明低配位結(jié)構(gòu)可有效減少逃逸功，促進(jìn)In-N和多硫化物之間載流子的傳導(dǎo)，從而提高多硫化物的反應(yīng)性。Engineering deficient-coordinated Single-atom Indium Electrocatalyst for Fast Redox Conversion in Practical 500 Wh/kg-level Pouch Lithium-sulfur Batteries. Energy Environ. Sci., 2023, DOI: 10.1039/D3EE02675B.
