近日，我院那兆霖副教授、孙旭东教授与中国科学院长春应用化学研究所黄岗研究员联合研究团队在国际顶级期刊《Advanced Materials》（影响因子27.4，中科院1区）上发表了一项突破性研究成果。针对单原子材料在高负载下易团聚以及锂金属负极亲锂性不足的难题，研究团队首创了“静电预组装与激光驱动碳化”（EPO-LDC）策略。该策略利用超快激光淬灭技术，成功在几秒钟内制备出具有9.63wt.%超高负载量的铋（Bi）单原子级分散材料。该材料通过独特的Bi-F-C位点释放出惊人的-9.82eV锂吸附能，实现了锂的均匀沉积，显著提升了电池的循环寿命。论文以《Laser-Induced High-Density Bi-F-C Sites to Unleash Potent Li⁺ Adsorptionfor Stable Lithium Anodes》为题，为工业级高负载单原子材料的快速制备提供了全新范式。

研究背景

锂金属电池因其极高的理论容量（3860 mAhg⁻¹）被视为下一代高能电池的“圣杯”。然而，锂负极在充放电过程中面临着严重的枝晶生长和体积膨胀问题，导致电池寿命短且存在安全隐患。引入亲锂性的单原子位点是调控锂均匀沉积的有效手段，但金属原子的高表面能使其在高负载下极易团聚成簇，丧失单原子活性。传统的合成方法（如高温热解、原子层沉积）往往工艺复杂、耗时长，且难以在维持原子级分散的同时实现高金属负载。因此，开发一种能够快速、低成本且能实现超高密度单原子分散的合成策略，对于高性能锂金属电池的实用化至关重要。

核心亮点

1.范式革命

静电预组装，激光超快“冻结”，工艺简单、可扩展性强。

图1：材料制备流程

2.超强锂吸附能

Bi@CF中的Bi-F-C位点具有高达-9.82eV的锂吸附能，远超常规的亲锂材料（如Cu的-0.78eV和F掺杂碳的-4.28eV）。

3.性能卓越

对称电池在1 mA cm⁻²下稳定循环超过2000小时。匹配磷酸铁锂（LFP）正极组装的全电池在5 C的高倍率下循环2000次后，容量保持率仍高达73.1%。在大面积软包电池（LFP载量12.5 mg cm⁻²）测试中，电池在200次循环后容量保持率为88.6%。

总结与展望

本研究提出的EPO-LDC策略巧妙地结合了“分子限域”与“非平衡合成”，攻克了金属单原子高负载与高分散难以兼得的瓶颈。制备的Bi@CF材料不仅具有创纪录的锂吸附能力，还具备工业级大规模生产的潜力（如卷对卷制造）。该方法具有普适性，可扩展至Fe、Co等其他金属单原子材料的制备，为下一代高比能电池及催化材料的设计开辟了新路径。

作者简介

论文的通讯作者是东北大学佛山研究生创新学院那兆霖副教授、孙旭东教授以及中国科学院长春应用化学研究所黄岗研究员，论文第一作者是孙旭东教授课题组博士生周宸铭。研究团队长期致力于先进陶瓷材料、电池材料与器件领域特别是锌离子电池关键材料的基础研究和技术开发方面的相关工作。