锂硫电池是下一代储能的首选体系之一，具有高理论能量密度，且硫天然储量丰富、成本低、可回收，可持续性突出。然而，可溶性多硫化锂（LiPS）的穿梭效应与嵌锂时显著的体积膨胀，限制了活性物质利用率与循环寿命；硫及其放电产物的绝缘性、缓慢的氧化还原动力学，也严重制约倍率性能。克服这些化学与力学瓶颈，是锂硫电池从实验室走向工业化的关键。
为固定多硫化物并提高正极导电性，研究者设计了多种复合载体材料。其中，空心多层壳结构（HoMS）作为硫载体展现出独特优势：
1. 内部空隙可容纳硫嵌锂时的体积膨胀；
2. 多层壳提供多重物理屏障与高比表面积吸附位点，抑制穿梭效应；
3. 互连壳结构缩短物质与电荷扩散距离，加速氧化还原。
尽管专用载体推动了领域发展，但在高硫负载下多硫化物穿梭仍难以解决。多硫化物向 Li₂S₂/Li₂S 转化动力学缓慢，导致中间产物局部累积，最终超出载体束缚能力。为此，近期策略引入催化位点加速转化，但目前催化剂多集中于金属或金属基化合物。
然而，一个关键矛盾仍被忽视：循环寿命与实际能量密度之间的固有权衡。载体与催化剂虽提升稳定性，但引入了大量非活性质量，显著降低基于正极总质量的比容量与能量密度。因此，开发兼具高效催化、强束缚能力，且不牺牲体系能量输出的多功能材料，是本领域极具挑战性的核心课题。
深圳大学王丹/于然波&过程工程所王江艳&苏州大学李亮&上海交大梁正携手提出一种sp‑氮掺杂石墨炔多层壳结构，将吸附位点与催化位点在空间上精准耦合，从根本上解决了载体质量与电化学性能之间的矛盾。得益于独特的 sp²–sp 杂化碳骨架，石墨炔可高效掺杂，并通过偶极‑偶极相互作用强吸附多硫化锂。
原位表征与理论计算证实：sp‑N 与相邻碳原子之间优异的轨道重叠，实现高效电子转移与电荷重分布，形成高密度极化位点，同时增强多硫化物锚定并催化其向 Li₂S₂/Li₂S 转化。此外，由石墨炔纳米片构筑的 HoMS 框架有利于锂离子全方向扩散，并提供多级空间限域，抑制多硫化物穿梭。
最终，在93.9% 超高硫负载下，0.1C 时基于硫+载体总质量的比容量仍达1462 mAh·g⁻¹（接近理论值）；10C 下 600 次循环后，能量密度1384.5 Wh·kg⁻¹，功率密度29457.4 W·kg⁻¹。软包电池实现457 Wh·kg⁻¹，为高性能、可持续锂硫电池的商业化提供了重要路线。
王丹，博士生导师，国家基金委杰出青年基金获得者，享受国务院政府特殊津贴专家，科技部中青年科技创新领军人才入选者。 在吉林大学化学系取得学士和硕士学位，在日本文部省奖学金资助下赴日本留学， 获日本山梨大学材料科学与技术专业博士学位。之后在日本京都大学化学研究所等科研机构从事博士后研究。 2004 年入选中国科学院“百人计划”回国工作，2024年8月入职深圳大学化学与环境工程学院。
主要从事无机多功能结构体系的合成化学研究，包括中空多壳层结构的设计合成、二维材料的参杂与复合及其在能源、环境、催化和生物等领域的应用。在Nature Energy、Nature Chemistry、Nature Communications、Nature Review Chemistry、JACS、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Mater.等期刊发表论文 250 余篇，引用 2.3 万余次， H 因子 81，连续6年入选科睿唯安高被引科学家。申请中国发明专利50余项，已获授权30余项，转化2项。
现任中国化学会会士、英国皇家化学会会士、国际溶剂热水热协会理事；《高等学校化学学报》及Chemical Research Chinese Universities 执行主编；Materials Chemistry Frontiers 副主编；Energy & Environmental Science、Matter、EnergyChem、Science Bulletin、Sci. China Mater.、Advanced Science 等期刊编委或顾问编委。曾主持国家重点研发计划课题、 基金委重点项目、重大项目课题、重点国际(地区)合作研究项目、杰出青年基金项目等。
于然波，女，教授/博士生导师，长期从事纳微结构能源环境材料的设计、合成与性能研究，取得了多项创新性研究成果。2000年入选“日本学术振兴会特别研究员”（JSPS Fellowship for Young Scientists）；2005年入选“北京市科技新星计划”；2007年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。主持国家自然科学基金重点项目、面上项目和北京市自然科学基金项目等，作为研究骨干参与国家重点研发计划“973”项目和变革性技术项目等。
目前已在包括Science、Nature Energy、Chem. Soc. Rev.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等高水平专业期刊发表SCI收录论文230余篇（近五年48篇）论文他引10000余次, 其中高被引论文7篇, H因子为57。作为第一发明人申请中国发明专利27项，获授权25项。与美国、日本、澳大利亚、香港等高水平研究机构建立长期合作关系。
https://www.nature.com/articles/s41893-026-01794-y
