Atomically ordered intermetallic nanoparticles are promising for catalytic applications but are difficult to produce because the high-temperature annealing required for atom ordering inevitably accelerates metal sintering that leads to larger crystallites. We prepared platinum intermetallics with an average particle size of <5 nanometers on porous sulfur-doped carbon supports, on which the strong interaction between platinum and sulfur suppresses metal sintering up to 1000°C. We synthesized intermetallic libraries of small nanoparticles consisting of 46 combinations of platinum with 16 other metal elements and used them to study the dependence of electrocatalytic oxygen-reduction reaction activity on alloy composition and platinum skin strain. The intermetallic libraries are highly mass efficient in proton-exchange-membrane fuel cells and could achieve high activities of 1.3 to 1.8 amperes per milligram of platinum at 0.9 volts.

Sulfur doped in carbon matrix can tether metal atoms to form high-loading atomically dispersed supported metal catalysts.

A transition metal–assisted carbonization process can convert small organic molecules to functional carbon materials directly.

Lithium-selenium (Li-Se) batteries are considered promising alternatives to lithium-ion batteries due to their higher volumetric capacity and energy density. However, they still face limitations in efficiently utilizing the active selenium. Here, we develop surface-functionalized mesoporous hollow carbon nanospheres as the selenium host. By using KOH activation, the surface of the carbon nanospheres is functionalized with hydroxyl groups, which greatly improve the utilization of selenium and facilitate the conversion of lithium selenides, leading to much higher capacities compared to ZnCl2 activation and untreated carbon nanospheres. Theory and experimental evidence suggest that surface hydroxyl groups can enhance the reduction conversion of polyselenides to selenides and facilitate the oxidation reaction of selenides to elemental selenium. In-situ and ex-situ characterization techniques provided additional confirmation of the hydroxyl groups electrochemical durability in catalyzing selenium conversion. The meticulously engineered Se cathode demonstrates a high specific capacity of 594 mA h g−1 at 0.5C, excellent rate capability of 464 mA h g−1 at 2C, and a stable cycling performance of 500 cycles at 2C with a capacity retention of 84.8 %, corresponding to an ultra-low-capacity decay rate of 0.0144 % per cycle, surpassing many reported lithium-selenium battery technologies.

Abstract Vanadium‐based cathode materials for aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) have attracted much attention in large‐scale energy storage devices yet their unsatisfactory cyclic stability and slow diffusion rate of Zn 2+ ions during insertion and extraction hinder further commercial applications. Therefore, the development of vanadium‐based cathode materials with stable crystal structures and fast Zn 2+ storage remains challenging. Herein, Na 2 CaV 4 O 12 (NCVO) nanowires are reported as a promising cathode of excellent electrochemical performance in AZIBs, simultaneously rendering high specific capacity (443.2 mAh g −1 at 0.1 A g −1 ) and high average voltage plateau (0.91 V) with impressive energy density (403.3 Wh kg −1 ) and power density (1533 W kg −1 ). As NCVO features a unique open crystal structure with alternately arranged inactive layers ([NaO 6 ] and [CaO 8 ] polyhedra) and active layers ([VO 4 ] tetrahedra), the expansion of the [VO 4 ] tetrahedra during Zn 2+ insertion is well balanced by the contraction of the inactive layer, thus enabling remarkable long‐term cycling stability (91.9% and 80% capacity retention after 5000 and 10 000 cycles at 10 A g −1 , respectively). With the electrochromic property of the NCVO cathode, the AZIB can further be used for adaptive camouflage under a range of scenarios, shedding light on the future development of high‐performance cathodes for AZIBs.