随着能源技术的不断发展，开发更高容量更高稳定性的储能电极已经成为共识。转化反应型材料自2000年被发现以来，因具有高容量和可调电压的优势，正在成为下一代电池的候选材料。

然而，在转化反应型材料储能过程中，因其涉及相变的反应机制，长期受制于可逆性低和电压平台滞后等问题，难以实现应用。

异质结构构筑因其在降低反应能垒，平滑储能反应路径的独特优势获得越来越多的关注。然而，传统的异质结构引入活性的异质第二相通常会与主体材料的充放电范围重合，同时也给传荷和传质带来复杂的影响，为获得异质结构构筑的系统性见解和理论指导带来挑战。

近日，吉林大学的施展教授团队，以经典材料二氧化锡储钠的转化反应作为转换反应模型电池。通过将8个不同3d过渡金属单原子分别负载在二氧化锡上（TM_SA-SnO₂），构筑了没有异质第二相的理想的“单原子异质结构”模型，从根本上避免了异质第二相的体相的容量贡献以及传荷传质的干扰，位于表面的单原子结构也为界面反应追踪提供了便利。

通过这种保留主体材料二氧化锡，重点关注表面特殊的“单原子异质结构”，经由横向电化学分析统计，对极大提高转化反应转化率和容量提升的“催化效应”规律进行探索。将电化学表现与过渡金属氧化物电动势对照，提出并验证了具有电动势依赖的“催化效应”的热力学依赖规律。其中表现最佳的Ni单原子将转换反应的可逆容量提高到原本的六倍以上，显著领先于其他优化方法或报道。

运用原位XANES和Raman等测试并与DFT计算相结合对活性Ni-O-Sn异质结构进行解构和分析，随后拓展至传统异质结构和双金属氧化物中，并取得了出色的容量、循环和能量效率的提升。

该工作为转化反应型异质结构电极构筑提供了理论借鉴和实践参考。