Yan-Jhang Chen, Tsung-I. Yeh, Chia-Yu Chang, Wei-Ming Huang, Jing-Yu Li,
Mohamed Gamal Mohamed, Shiao-Wei Kuo, Bing-Joe Hwang, Yun-Sheng Ye*
Angewandte Chemie International Edition, 2026; e7009531

國立中山大學 材料與光電科學學系 葉昀昇助理教授

鋰硫電池因具有極高理論能量密度，被視為下一代高能量儲能技術的重要候選者。然而，多硫化鋰中間產物在充放電過程中的穿梭效應，以及硫氧化還原反應動力學緩慢，長期限制其循環壽命與倍率性能。過去研究多利用單原子催化劑促進硫轉化反應，但活性位點常因分布不均而無法充分發揮催化效率。我們提出一種「逆向擴散工程（contra-diffusion engineering）」策略，利用芳綸奈米纖維（ANF）非對稱膜精準控制金屬離子與有機配體的雙向擴散，使金屬有機框架前驅體於纖維網絡內均勻成長，進一步在碳化後形成高度分散的 Co–N₄ 單原子催化位點。此設計不僅避免傳統製程中常見的顆粒聚集與孔道阻塞，更保留完整的離子與電子傳輸路徑。藉由原位拉曼光譜與多項電化學分析，我們證實均勻分布的單原子活性位點可有效吸附多硫化鋰、促進硫物種雙向氧化還原反應，並調控 Li₂S 的成核與溶解行為。最終在極低鈷負載量下，仍展現優異的高倍率循環穩定性。此研究建立了以擴散動力學調控單原子催化架構的新設計概念，為高性能鋰硫電池與其他電化學能源系統提供新的材料工程策略。

本研究第一作者為國立中山大學材料與光電科學學系陳彥彰；通訊作者為國立中山大學葉昀昇助理教授。研究團隊並與國立中山大學郭紹偉教授及國立臺灣科技大學黃炳照講座教授合作完成。本研究結合單原子催化、金屬有機框架材料設計、同步輻射 X 光吸收光譜分析與鋰硫電池電化學技術，展現跨領域合作於高能量密度儲能材料開發的重要成果。