在此，河南大学杨大伟，浙江海洋大学周英棠，武汉理工大学张海宁，中国科学院化学研究所辛森，加泰罗尼亚能源研究所Andreu Cabot等人展示了一种双原子催化剂。研究显示，该催化剂以嵌入氮掺杂空心碳纳米球中的Fe和Co双金属位点（Fe-Co/NC）作为Na-S电池正极的有效硫载体。此外，AC HAADF-STEM和同步辐射X射线吸收精细结构分析证实孤立的Fe-Co原子对及其（Fe-Co-N6）配位结构的存在。
DFT计算表明，Fe原子的引入诱导了Co(II)中的电子离域，将电子构型从低自旋态转变为高自旋态。这种转变增强了Co dz2轨道与硫化钠物种中硫原子的反键π轨道的杂化，从而加速了其催化转化。基于此，基于Fe-Co/NC的正极表现出优异的循环稳定性（2000次循环后容量为378 mAh g−1）和出色的倍率性能（5 A g−1下容量为341.1 mAh g−1）。
图1. 机制探究
总之，该工作成功合成了一种新型Fe-Co双原子催化剂（Fe-Co/NC），该催化剂有效促进了硫氧化还原反应动力学。通过全面的电化学测量、原位/非原位光谱分析以及理论计算，作者发现Fe单原子在Co原子周围的引入调节了电子分布，并调整了Co原子的d轨道能级。此外，该策略调节了硫中间体与Fe-Co/NC之间的吸附-解吸平衡，从而增强了硫氧化还原反应的活性，并在基于Fe-Co/NC的Na-S电池中实现了优异的电池性能。因此，该工作通过自旋描述符深入理解了多中心催化活性位点之间的协同作用，并拓展了原子分散催化材料在Na-S电池中的潜在应用。
图2. 电池性能
Balancing Electronic Spin State via Atomically-Dispersed Heteronuclear Fe–Co Pairs for High-Performance Sodium–Sulfur Batteries, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c15408
杨大伟，河南大学黄河学者特聘教授。2018年7月毕业于东南大学，获硕士学位，同年11月在国家留学基金委（CSC）的全额奖学金资助下，前往西班牙巴塞罗那大学攻读博士学位。于2022年7月获得巴塞罗那大学博士学位（导师Andreu Cabot教授）。2023年2月加入河南大学未来技术学院/光伏材料省重点实验室。主要从事过渡金属无机化合物纳米材料、原子基催化剂等的可控制备及其在超级电容器、锂离子电池、碱金属（锂/钠/钾）硫电池体系中的应用研究。参与了国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金2项。近五年以第一作者或通讯作者发表多篇SCI论文，包括Advanced Materials；Advanced Energy Materials（2篇）；ACS Nano（2篇）；Advanced Functional Materials等。获得中国授权专利2项。目前担任Materials Advances等国际SCI期刊审稿人。