近日，课题组在研究原子协同效应在水系锌碘电池的催化机理分析中取得重要研究进展。相关原创性研究成果以“Atomic Synergy Catalysis Enables High-Performing Aqueous Zinc−Iodine Batteries”为题在国际顶级学术期刊《Nano Letters》在线发表。硕士研究生刘清山、王世鑫为文章第一作者，李洪森教授为通讯作者，青岛大学为唯一通讯单位。

由于水系锌-碘电池具有理想的能量密度（理论上为272 Wh kg-1）、高地球丰度（海水中碘含量为50-60 μgiodine L-1）、安全和环境友好性的优势，成为目前锂离子电池的一种有前途的替代品，可用于便携式电子设备和电网规模的储能。锌-碘体系避免了嵌入型材料的晶格畸变和结构崩溃，并且在水溶液中可以实现可逆的I2/I-双电子反应和更高的工作电压（约为 1.29V）。因此，锌-碘电池在科学界引起了极大的关注。然而，一些固有的缺陷，包括I2固有的导电性差和亲水性多碘化物中间体（I5-和 I3-）在电极上的穿梭，导致较差的库仑效率和寿命，此外，缓慢的I3-和I5-转化动力学限制了其倍率性能，严重影响了锌-碘电池的实际性能。本文通过将原子级分散的半金属硒单原子（Se SAs）包埋在具有C-Se-C结构的ZIF-8衍生的氮掺杂碳中，成功设计了具有双活性位点的高效碘宿主。电化学测试和表征结果表明，这种独特的设计不仅有效地触发了碘的快速氧化还原转化，而且增强了多碘化物的锚定，抑制了I3-穿梭，极大缓解了多碘化物中间体在两个电极间的穿梭，从而使Zn-I2电池具有优异的寿命和倍率能力。具有双活性位点电催化剂的锌-碘电池具有优异的倍率性能和循环寿命。原位拉曼光谱和紫外-可见光谱结果结合密度泛函理论分析表明，除了多孔碳骨架的物理约束和增强的化学吸附外，碳上的Se SAs位点和N位点通过调制转化反应能垒实现了快速的 I0/I-偶联转化反应。这项工作证明了原子协同作用在促进碘物种可逆转化中的应用，并为设计下一代水系锌-碘电池的高效I2宿主提供了有价值的见解。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c00279