硒正极由于具有可与硫正极相媲美的高电导率和体积容量而备受关注。然而，多硒化物穿梭效应导致的锂硒反应活性低、体积变化大、容量衰减快等问题严重阻碍了锂硒电池的实用化发展。近年来，单原子催化剂因其独特的电子和结构性质、最高的原子利用率和优异的催化性能，在电化学能量转换和储存方面引起了广泛的关注。

近日，澳大利亚悉尼科技大学汪国秀教授，Hao Liu，中科院大连化物所刘健研究员，中科大宋礼教授报道了一种简便合成钴单原子/氮掺杂空心多孔碳（Co_SA-HC）的策略。首次证明了单原子催化剂可作为锂硒电池的高效正极，具有优异的倍率性能和优异的长期循环性能。

文章要点

1）研究人员通过一种简单而直接的方法精细控制沉积在聚苯乙烯（PS）球表面的沸石咪唑骨架（ZIF）粒子。核-壳ZIF杂化结构可以通过蒸发锌的热解过程进一步转化为中空结构的碳材料。通过微调Zn和Co的比例，成功地制备了原子钴电催化剂/氮掺杂空心孔碳（Co_SA-HC）、氮掺杂空心孔碳（HC）和纳米钴/氮掺杂空心孔碳（Co_NP-HC）。此外，通过将Se嵌入到空心结构碳颗粒中，得到了碳/硒复合材料（Se@Co_SA-HC）。

2）Se@COSA-HC正极材料用作锂硒电池正极材料时表现出优异的电化学性能，包括优异的倍率性能（50 C时，容量为311 mA h g⁻¹）和优异的循环稳定性（5000次循环后，容量为267 mA h g⁻¹，在50 C电流密度下容量衰减率仅为0.0067%），库仑效率约为100%。

3）研究表明，最大限度地利用钴单原子可以优化多孔炭材料对硒的活化、反应性以及硒和多硒化物的固定化。

研究结果表明，Se@Co_SA-HC复合材料是一种循环寿命长、功率大的锂硒电池正极材料。

Tian, H., Tian, H., Wang, S. et al. High-power lithium–selenium batteries enabled by atomic cobalt electrocatalyst in hollow carbon cathode. Nat Commun 11, 5025 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18820-y

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18820-y