金属-空气电池作为新一代电池体系,由于其较高的能量密度、环境友好性和持续发展性而备受关注。但仍有一些亟待解决的问题,如需要设计合理且高效的催化剂来改善缓慢的反应动力学。得益于100%的原子利用率,固定在特殊载体上的单原子催化剂（SACs）在多相催化领域得到了诸多应用,但由于较高的表面能使其易发生迁移、团聚,因此稳定性较差。虽然沸石、金属有机框架等多孔材料的内部空间可以限域单原子从而避免团聚,但是它们导电性差和孔径小等特点限制了其在金属-空气电池中的应用。为了解决上述问题,我们开展如下研究:采用模板浇铸法,以具有规则孔道结构的介孔分子筛MCM-48为硬模板,以蔗糖为碳源,合成出了具有规则形貌、高度规整有序的分级导电碳分子筛（CMS）,其所含微孔与介孔直径分别为1.2 nm和3.4 nm;并且通过XPS、~1H MAS NMR等表征证明了CMS骨架中含有羟基。接下来利用CMS的微孔限域效应制备了稳定的CMS限域的钴（Co）SACs材料（Co-CMS）。通过EELS、EXAFS、XRD表征并结合DFT计算证明,CMS的微孔捕获和羟基掺杂有利于协同稳定金属前驱体,并有助于随后转化成具有Co、O和N之间强相互作用的单原子位点,对CMS的限域效应做出了科学的解释。将Co-CMS用作金属-空气电池正极电催化剂材料,用于检验其催化活性和稳定性。其独特的三维螺旋状孔结构利于加速反应物的传质过程,而Co单原子的高度分散使得活性位点得到了高效利用,在氧还原反应（ORR）测试过程中表现出较低的Tafel斜率,意味着快速的反应动力学,使其成为理想的ORR催化剂。得益于上述优势,Co-CMS在可充电锌空气电池中表现出优异的电化学性能,峰值功率密度可达219 m W cm-2,循环594 h后的充放电电压间隙仅为0.77 V。此外,将Co-CMS的应用扩展到其他金属-空气电池如锂氧气电池中,依旧具有优异的倍率性能和循环稳定性,进一步凸显了CMS在稳定单原子材料方面的优势以及在储能领域的发展前景。