電化學(xué)儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“碳中和”世界的關(guān)鍵策略，鋰硫電池 2 S)本身的電導(dǎo)率低，鋰多硫化物(LiPS)溶解引起的穿梭效應(yīng)，以及LiPS緩慢的轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)。
硫主體是高性能鋰硫電池的重要組成部分，設(shè)計(jì)化學(xué)結(jié)構(gòu)合理、可限制和轉(zhuǎn)化鋰多硫化物的主體是解決穿梭效應(yīng)和低導(dǎo)電性的有效策略，比如通過構(gòu)建具有空心結(jié)構(gòu)和特定成分的硫宿主。中空結(jié)構(gòu)在物理上可以將LiPS限制在有限的空間內(nèi)，從而抑制了電極之間的穿梭。 硫/納米結(jié)構(gòu)碳復(fù)合材料可顯著提高導(dǎo)電性和循環(huán)性能。金屬碳化物的吸附和催化轉(zhuǎn)化的協(xié)同作用抑制了LiPS的穿梭效應(yīng)，保證了硫的高利用率。將空心納米結(jié)構(gòu)與金屬碳化物合理集成是構(gòu)建高性能鋰-硫電池硫主體的有效途徑。 有鑒于此， 武漢大學(xué)肖巍教授 在 Angew. Chem. Int. Ed. 上發(fā)表了最新的研究成果，他們?cè)O(shè)計(jì)了內(nèi)外均接枝Fe3 C納米顆粒(Fe3 C@C@Fe3 C)的氮摻雜空心碳作為一種優(yōu)良的硫宿主，促進(jìn)LiPSs的吸附轉(zhuǎn)化過程。Fe3 C@C@Fe3 C是在600℃的NaCl-CaCl2 熔體中，用聚多巴胺(Fe2 O3 @PDA)包覆Fe2 O3 紡錘體的電化學(xué)還原法制備的。 PDA熱解生成氮摻雜碳?xì)ず虲O，CO的釋放與Fe2 O3 的電化學(xué)脫氧同步進(jìn)行，生成Fe3 C納米顆粒。中空結(jié)構(gòu)的Fe3 C@C@Fe3 C，兩端開口，氮摻雜碳和錨定Fe3 C納米粒子集電導(dǎo)率、穩(wěn)定性和催化能力于一體，是Li-S電池的有效硫宿主。 中空的結(jié)構(gòu)和開口的兩端可以有效地裝載硫和密封多硫化物。N摻雜碳?xì)ぴ鰪?qiáng)了極性，增強(qiáng)了與LiPS的相互作用。錨定的Fe3 C顆粒是優(yōu)良的LiPSs吸附劑，強(qiáng)烈錨定了LiPS，阻止穿梭效應(yīng)，同時(shí)，它也是促進(jìn)硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的有效催化劑。由于這些結(jié)構(gòu)和組成上的優(yōu)點(diǎn)，利用Fe3 C@C@Fe3 C為正極的鋰硫電池表現(xiàn)出高硫利用率、強(qiáng)的硫約束能力和快速硫轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)，電池的性能大幅提升，能夠循環(huán)1000次。
圖3. 理論計(jì)算反應(yīng)中間體的吸附能 肖巍，武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授、博導(dǎo)，2017年獲國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助。 課題組以資源、環(huán)境與能源可持續(xù)技術(shù)為主線，以電化學(xué)技術(shù)為研究特色，通過系統(tǒng)深入研究電化學(xué)和功能材料的界面過程規(guī)律，為材料制備和資源利用的能量效率優(yōu)化、增值化和技術(shù)市場(chǎng)化提供科學(xué)基礎(chǔ)。 累計(jì)發(fā)表SCI論文90余篇， SCI他引3000余次。 其中12篇次論文入選ESI索引，IF大于10的論文有5篇。 2014和2015連續(xù)入選英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)“Top1%高被引中國(guó)作者”榜單。 課題組目前擁有完備的化學(xué)、材料、冶金和環(huán)境的研究設(shè)備，經(jīng)費(fèi)充足，國(guó)際交流頻繁。 現(xiàn)面向海內(nèi)外招收碩博研究生和博士后。 課題組網(wǎng)站：http://wxiao.whu.edu.cn/ Molten Salt Electrochemical Modulation of Iron-Carbon-Nitrogen for Lithium-Sulfur Batteries.? https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202111707?af=R
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