金属硫基电池具有成本低，理论容量高等优点，能够满足大规模电化学储能发展的需要。开发高容量和长寿命的金属硫基储能电池，关键在于促进硫正极表界面上单质硫与多硫化物、固态金属硫化物之间的快速反应。然而，目前对固态硫化物间的转化机理的研究尚不充分，这阻碍了高效硫宿主材料的设计与创制，不利于高性能金属硫基电池的开发与实际应用。

在前期研究中的基础上，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授团队以钾硫电池为研究对象，设计了一系列过渡金属（钴，镍，铁，锰，铜等）单原子修饰的氮掺杂碳基硫宿主材料，通过原位同步辐射X射线衍射测试证明了钾硫电池中的控制步骤是硫化钾和三硫化钾间的固态转化反应，原位紫外吸收光谱结合密度泛函理论计算结果证实了催化剂中过渡金属位点的引入促进了亚稳态中间体S^2-₃的形成，从而优化固态硫化物转化的反应路径并降低反应过电势。

进一步地，作者通过非原位同步辐射测试结合密度泛函理论计算提出这一过程的催化机制，发现过渡金属位点的d轨道填充影响过渡金属-硫键的强度，并决定固态硫化物的转化过电势。具体来说，随着亲硫金属位点的3d电子数增加，硫正极中固态转化反应的过电势相应降低。由此，该团队制备的铜单原子修饰的硫宿主材料在比电流密度为 335 和 1675 mA g^-1 时分别表现出 1,595 和 1226 mAh g^-1 的高放电容量并且具有稳定的库仑效率。基于此，该团队总结出“原子结构影响固态硫化物转化路径，电子结构决定固态转化反应效率”的催化机制，为金属硫电池的中高效硫正极催化剂的设计提供了新的见解。