P‐block metal carbon‐supported single‐atom catalysts (C‐SACs) have emerged as a promising candidate for high‐performance room‐temperature sodium‐sulfur (RT Na‐S) batteries, due to their high atom utilization and unique electronic structure. However, the ambiguous electronic‐level understanding of Na‐dominant s‐p hybridization between sodium polysulfides (NaPSs) and p‐block C‐SACs limits the precise control of coordination environment tuning and electro‐catalytic activity manipulation. Here, s‐p orbital overlap degree (OOD) between the s orbitals of Na in NaPSs and the p orbitals of p‐block C‐SACs is proposed as a descriptor for sulfur reduction reaction (SRR) and sulfur oxidation reaction (SOR). Compared to NG and NG‐supported InN4 (NG‐InN4) SACs, the nitrogen‐doped graphene‐supported InN5 (NG‐InN5) SACs show the largest s‐p OOD, demonstrating the weakest shuttle effect and the lowest reaction energy barriers in both SRR and SOR. Accordingly, the designed catalysts allow the Na‐S pouch batteries to retain a high capacity of 490.7 mAh g‐1 at 2 A g‐1 with a Coulombic efficiency of 96% at a low electrolyte/sulfur (E/S) ratio of 4.5 μl. This work offers an s‐p orbital overlap descriptor describing the interaction between NaPSs and p‐orbital‐dominated catalysts for high‐performance RT Na‐S batteries.

中文翻译：

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优化多硫化钠和单原子铟催化剂之间的 s-p 轨道重叠，以实现高效的硫氧化还原反应


P 嵌段金属碳负载单原子催化剂 （C-SAC） 由于其高原子利用率和独特的电子结构，已成为高性能室温钠硫 （RT Na-S） 电池的有前途的候选者。然而，对多硫化钠 （NaPS） 和 p-block C-SACs 之间 Na 主导的 s-p 杂交的模糊电子水平理解限制了配位环境调节和电催化活性操纵的精确控制。在这里，NaPSs 中 Na 的 s 轨道与 p-block C-SACs 的 p 轨道之间的 s-p 轨道重叠度 （OOD） 被提议作为硫还原反应 （SRR） 和硫氧化反应 （SOR） 的描述符。与 NG 和 NG 负载的 InN4 （NG-InN4） SAC 相比，氮掺杂石墨烯负载的 InN5 （NG-InN5） SAC 显示出最大的 s-p OOD，在 SRR 和 SOR 中表现出最弱的穿梭效应和最低的反应能垒。因此，设计的催化剂允许 Na-S 软包电池在 2 A g-1 下保持 490.7 mAh g-1 的高容量，在 4.5 μl 的低电解质/硫 （E/S） 比率下具有 96% 的库仑效率。这项工作提供了一个 s-p 轨道重叠描述符，描述了高性能 RT Na-S 电池的 NaPSs 和 p-轨道主导的催化剂之间的相互作用。