催化硫物种的转化过程被认为是提高锂硫二次电池动力学的关键途径，但锂硫二次电池存在复杂的催化转化体系，如何利用催化剂实现硫的有效分级催化行为是非常关键的。纳米反应器由于可通过其壳层纳米结构定义的腔体、灵活的活性位点和丰富的分子扩散路径形成的微环境，在纳米尺度上提供了潜在的能力，以有效地调控硫物种在特定纳米尺度范围内的转化反应。考虑到锂硫电池的复杂的催化系统，纳米反应器为实现可控的分级催化行为提供了机会。

近日，山东大学的徐立强教授团队报道了一种新型串联的纳米反应器，通过调控前驱体系统和反应动力学、精准控制原子耦合及改变离子浓度实现了多级结构催化剂的微纳结构调控，为实现锂硫二次电池的分级催化行为提供了新思路和契机。

这种纳米反应器设计巧妙：具有Ni-B外壳和Co-B内核，能够有效地抑制多硫化物的溶解并加速硫的转化，同时分别利用NiCo-B中的吸附（B-S）和催化效应（Co-S），很大程度上避免了因强吸附导致的催化剂失活问题。

有限元模拟结果表明，该结构在高电流密度下展现出较低的电场强度和应力累积，有助于提高电池的稳定性和循环寿命。

在该工作中，徐立强教授团队还利用重叠群加权态密度的投影晶体轨道汉密尔顿群(pCOHP)理论模拟揭示了纳米反应器与硫的成键与反键的性质；利用原位表征对催化机理进行了深入研究，证实了体系快速的反应动力学。组装的软包电池可以实现250 mAh的高容量，并驱动飞机模型运行。这项研究为设计高效的电催化剂提供了重要的理论依据和技术支持。