董全峰教授課題組在鋰硫電池研究中取得新進(jìn)展，首次制備了非碳類介孔Co4N微球作為硫復(fù)合電極基體材料，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)95%的載硫量,并取得了優(yōu)異的電化學(xué)性能。相關(guān)研究成果以“Co4Nnanosheetsassembledmesoporoussphereasamatrixforultrahighsulfurcontentlithium-sulfurbatteries”為題發(fā)表在ACSnano上。

　　【圖文導(dǎo)讀】

　　圖1鋰硫電池充放電過程中Co4N球及其與LiPSs的相互作用的示意圖

　　圖2性能表征結(jié)果

　　（a,b）Co3O4的SEM圖。

　　（c,d）Co4N的SEM圖，d插圖中為Co4N的HRTEM圖。

　　【研究內(nèi)容】

　　作為新一代高比能化學(xué)電源，鋰硫電池受到持續(xù)的關(guān)注。課題組對這一體系開展了比較系統(tǒng)的工作，尤其是針對硫復(fù)合電極的功能化問題進(jìn)行深入研究。前期研究中提出了硫復(fù)合電極基體材料的“多功能、雙催化”的概念，對有效提高硫材料利用率、抑制中間產(chǎn)物的穿梭效應(yīng)、改善反應(yīng)過程的動力學(xué)發(fā)揮了重要指導(dǎo)作用（EES,2016,9,1998-2004）；在鋰硫電池的反應(yīng)機(jī)理方面，結(jié)合原位拉曼研究，獲得了硫材料反應(yīng)過程最直接的證據(jù)，并結(jié)合理論計算，通過對載硫基體材料的修飾可將硫放電最終產(chǎn)物通過充電完全回復(fù)至其放電初始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了單質(zhì)硫作為正極活性材料的完整充放電循環(huán)（Chem.Mater.,2015,27,2048?2055）。

　　然而，實(shí)現(xiàn)可超越現(xiàn)有鋰離子電池的高比能鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用，其硫復(fù)合電極的載硫量將是一個決定因素。現(xiàn)有硫復(fù)合電極的基體多采用碳基材料，其硫載量一般在70%左右。本研究的Co4N基體材料對充放電過程中間多硫化物具有更強(qiáng)的親和性、更快的吸附速度、更高的吸附量，是一種理想的硫復(fù)合電極基體材料。

　　該研究工作主要由廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2014級博士生鄧丁榕在董全峰教授和鄭明森副教授的指導(dǎo)下完成，博士生薛飛、葉建川、白成棟和碩士生賈月菊參與了部分工作。研究工作得到了科技部重大基礎(chǔ)研究計劃（973計劃，項(xiàng)目批準(zhǔn)號：2015CB251102）、國家自然科學(xué)基金委（項(xiàng)目批準(zhǔn)號：U1305246,21321062）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（項(xiàng)目批準(zhǔn)號：20720150042）的資助。