水系锌碘（Zn-I2）电池具有本质高安全性的水系电解质和环保的正极/负极材料，但受到聚碘化物的穿梭和碘氧化还原反应迟缓的氧化还原动力学的限制。尽管已经提出了各种单原子催化剂（SAC）来提高电化学性能，但不同SAC参与碘氧化还原的潜在机制尚不明确。

在此，厦门大学赵金保、杨阳等人证明d区SAC与聚碘化物之间的相互作用遵循d-p轨道杂化理论。具体而言，作者使用DFT计算预先筛选了一系列具有不同d区过渡金属位点的SAC以评估其有效性。此外，作者选择具有反键轨道的Nb-NC，其有助于 Nb-d 和 Ip 轨道之间有效的 d-p 杂化。

基于此，具有 0.271 eV 低 d 带中心的 Nb-NC 对聚碘化物表现出高结合能。Nb-NC/I2 正极可有效抑制穿梭效应并增强碘物质的氧化还原转化。结果显示，Zn||Nb-NC/I2电池在10 A g-1电流下经过50,000次循环后仍能保持140 mA h g-1的优异容量，且每次循环容量衰减仅为0.00008%。

图1. 电池性能

总之，该工作利用DFT 计算探究了遵循 d-p 轨道杂化理论的多碘化物转化反应。结果显示，Nb−NC 具有丰富的未填充反键态和d 带中心，可实现更有效的 d−p 轨道杂化，从而提供强的碘亲和力和快速的碘氧化还原动力学。计算进一步表明，Nb-NC 具有最高的聚碘化物结合能和最低的限速步骤反应势垒。

基于此，Nb-NC用作 Zn-I2 电池的高效电催化剂，可有效抑制多碘化物的穿梭效应，增强碘的电催化氧化还原转化。Zn||Nb-NC/I2电池即使在10 A g-1的高电流密度下也能提供50,000次的长循环稳定性。因此，该工作为促进水系锌-碘电池的发展提供了理论依据。

图2. 机制探究