现代社会最大的挑战之一是稳定持续的能源供应，以满足我们不断增长的能源需求。因此发展高能量密度的二次电池至关重要。近年来，钠离子电池(SIB)因其价格低廉、资源丰富、电化学反应机理与锂离子电池相似而备受关注。MoS₂具有中等的层间空间(0.62 nm)，可实现Na⁺离子的可逆嵌入/脱嵌，理论比容量高达670 mAh g^-1，是钠离子电池的优秀候选负极材料。然而，在高电流密度下，电子和Na⁺离子的缓慢扩散动力学导致了低比容量。特别是2H和1T相的转化反应，以及从MoS₂到Na₂S和Mo的转化反应的大过渡态能垒，导致了较差的倍率性能。

设计合理的纳米结构在提高材料的结构稳定性和反应动力学方面卓有成效。例如具有多个壳体和内腔的中空多壳层结构(HoMS)作为高能量密度电池的电极材料时，可以有效地调节充放电过程中的体积变化和应力变化，从而提高循环稳定性。此外，它可以缩短电荷扩散路径，从而提高倍率性能。成分调控在提高性能方面也展现出巨大的力量，例如Fe单原子催化剂具有很强的化学催化作用，可以锚定Na₂S，促进Mo和Na₂S快速可逆转化为MoS₂。将结构工程与成分调节相结合，以期望同时绕过所有障碍，显著提高循环稳定性和倍率性能。

今日河北农业大学的赵孝先教授和燕山大学的唐永福教授以及中国科学院过程工程研究所的王江艳研究员合作采用改进的次序模板方法结合化学刻蚀和组分调控，首次合成了Fe单原子掺杂的MoS₂ HoMS (Fe-M-HoMS)，该材料用于钠离子电池负极促进了快速相变，展现了优异的循环稳定性以及倍率性能。

通过形貌及电子结构表征证明了MoS₂空心多壳层结构的成功合成以及Fe单原子的成功掺杂，此外，通过拟合R空间和K空间的EXAFS谱，证明了单个Fe原子与S和O的配位比例为1/2(标记为FeO₄)，进一步说明了Fe单原子掺杂在MoS₂晶格中。

Fe-M-HoMS作为钠离子电池负极具有丰富的优势。例如，通过DFT理论计算表明MoS₂中的Fe单原子的掺杂降低了2H和1T MoS₂的带隙能，促进了电子转移，结合独特的HoMS结构缩短了电荷扩散路径，从而获得了优异的倍率性能。此外，还证明了Fe单原子对Na⁺的强吸附以及自催化作用有利于2H和1T之间的可逆转化，以及从NaxMoS₂到Mo和Na₂S的可逆转化，结合HoMS结构缓冲了循环过程中的体积变化提高了循环稳定性。

随后，通过原位XRD以及非原位XPS进一步证明了这一电化学反应是高度可逆的，具有良好的循环稳定性。同时，采用原位透射电镜对放电过程中的结构演变进行了检测，发现在整个放电过程中，多壳层结构保持良好，这一过程伴随着较小的体积膨胀。证实了Fe-M-HoMS-Q的多孔多壳结构能够更好地缓冲充放电过程中的体积膨胀。因此Fe-M-HoMS作为钠离子电池负极材料展现了优异的电化学性能。

本研究将结构工程与成分调控相结合，采用精心设计的催化位点装饰HoMS实现了快速相变并获得了优异的倍率性能和循环稳定性，为实现其他“快速充电”的高能量密度可充电电池提供了一种新策略。