载于碳上的含金属 - 氮基团单原子催化剂在锂硫电池领域潜力巨大，不过要充分发挥其潜力，需优化碳基底结构并调控催化剂配位环境。中央大学先进材料工程系朴承根(Seung-Keun Park)和化学工程系南仁浩(Inho Nam)两位副教授领导的研究团队，成功实现金属有机框架(MOF)衍生的分级多孔碳纳米纤维双层结构化，结合低配位钴单原子催化剂用于高性能锂硫电池，成果于2025年9月24日发表在《先进纤维材料》期刊。

朴博士称，团队致力于解决下一代储能系统基本材料难题，锂离子电池能量密度接近极限，锂硫电池虽理论容量和能量密度高，但受多硫化物穿梭效应等问题限制。团队通过将碳骨架结构工程与原子级催化剂设计结合克服瓶颈。本研究着重将单个钴原子嵌入多孔碳纳米纤维网络低配位N₃环境，增强多硫化锂吸附、加速氧化还原反应，减轻穿梭效应、改善整体动力学，支持宏观和原子层面合理材料设计可解决难题的观点。从材料角度，双层工程策略结合分级多孔碳纳米纤维结构与低配位N3构型中原子分散钴单原子位点，碳纳米纤维提供机械稳定性等，钴位点催化多硫化物吸附转化，使电池循环后保持高容量和优异倍率性能。

从长远看，此研究成果有望推动高性能锂硫电池研发，应用于续航更长的电动汽车、大型可再生能源存储系统、便携和可穿戴电子设备电源等。南博士指出，材料自支撑、不含粘合剂、柔韧性好，可作中间层用于软包电池，弯曲时也能保持机械完整性并为小型设备供电。对社会而言，这能带来更安全高效电池，加速清洁能源转型，减少对关键原材料依赖、降低成本、减少碳排放，让可持续技术更普及。

更多信息： Jeong Ho Na 等人，《基于低配位钴单原子催化剂的 MOF 衍生分级多孔碳纳米纤维的双层工程化及其在高性能锂硫电池中的应用》，《先进纤维材料》 (2025)。