北京化工大学于中振教授和曲晋副教授等人通过构筑具有Fe-Nx配位结构的Fe-N共掺杂空心碳球(Fe-NHC)，实现了单原子Fe的原位掺杂。薄壁的空心碳球可以使单原子催化中心充分暴露，从而致使Fe-NHC有效吸附可溶性长链多硫化物并催化其转化反应，实现高性能锂硫电池。

锂硫电池因其高能量密度(2600Wh/kg)和低成本的优势，近年来被视为非常有潜力的新型电池。但锂硫电池存在的一些固有弊端，包括活性物质硫较差的导电性、充放电过程中中间产物多硫化物的穿梭效应及硫的膨胀效应等都严重限制了锂硫电池的实际应用。单原子催化剂凭借其独特的电子结构及理论原子利用率100%的特点，受到了锂硫电池研究工作者的关注。单原子催化剂可以显著催化锂硫氧化还原反应的进行，加速长链多硫化物向Li₂S₂/Li₂S的转化，从而抑制穿梭效应，并且即使在很低的负载量下也可以发挥很好的催化效果，实现高性能锂硫电池。然而金属原子具有较高的表面能，在高温下极易团聚，原子的均匀分散一直是一个棘手的问题。

基于这一问题，课题组从分子尺度出发，通过具有铁氮配位的氯化血红素和多巴胺之间的酰胺化反应，实现在多巴胺聚合过程中均匀分散封装Fe-Nx配位活性结构，有效防止单原子铁的团聚。将通过聚合物封装法制备的Fe-NHC用作锂硫电池隔膜涂层：一方面，负载于超薄空心碳球上并且充分暴露的单原子Fe的强催化作用，可以有效加速多硫化物转化并降低电池极化；另一方面，多孔碳球基底的物理吸附作用及Fe-Nx位点对多硫化物的化学吸附作用进一步协同抑制穿梭；此外，导电基体可以作为二次集流体，有效减小界面电荷转移阻抗，提高活性物质硫的转化效率。因此，Fe-NHC分别在0.2C、0.5C、1C及2C下保持了1246.5mA h/g、1069mA h/g、987.9mA h/g和907.4 mA h/g的较高循环容量，即使在4C的大电流密度情况下，仍能保持高达823.7mA h/g的可逆比容量，其具有优异的循环性能和倍率性能。该策略为实现高性能锂硫电池及促进其实际应用具有潜在的意义。