近日，國際知名學術期刊ACS Nano以“Ordered mesoporous carbon grafted MXene catalytic heterostructure as Li ion kinetic pump toward high-efficient sulfur/sulfide conversions for Li-S battery”為題，在線報道了化工學院功能炭材料研究團隊在锂硫電池方面的新進展。

锂硫電池的高能量密度（2600Wh/kg）等優勢使其在軍、民等高端領域具有廣闊的應用前景，成為繼锂離子電池之後最具發展潛力的電化學儲能體系之一。锂硫電池的充放電過程涉及多步氧化還原電化學反應和固-液相轉化，其中可溶性多硫化锂在充放電過程中發生“穿梭效應”是導緻活性硫利用率低、炭黑/硫正極長循環容量不斷衰減的主要原因。

MXenes，是繼石墨烯之後又一種新興二維材料，具有電導率高、活性位點豐富、表面化學性質可調等優勢。因MXenes二維納米片之間存在強範德華力，容易重組和堆疊，進而不利于電解液的滲透和離子的擴散。對此，功能炭材料研究團隊基于MXenes獨特的二維納米結構，在其兩側生長介孔碳，構築了一種介孔碳-MXenes-介孔碳“三明治”結構的二維多孔材料，其異質界面具備高電導率、強化學吸附位點等特點。當該材料用作PP隔膜塗層時，炭黑/硫正極展現出優異的電化學性能：高硫利用率（0.2 C電流密度，循環200次，可逆循環容量仍達966 mAh g^-1）、長循環壽命（1C電流密度，循環800次，容量衰減率僅為0.047%/次）和高倍率性能（5 C，537 mAh g^-1）。采用原位Raman等分析表征手段，揭示了碳-碳異質界面、MXenes的強化學位點等對可溶性多硫化锂的物理阻擋-化學吸附-催化轉化作用機制。該研究對促進锂硫電池的商業化進程具有重要意義。

在國家自然科學基金的資助下，該研究由化工學院的李響博士研究生、蘇州納米技術與納米仿生研究所的關青華碩士研究生共同完成。功能碳材料研究團隊的詹亮教授和德國卡爾斯魯厄理工學院王健博士為該論文的通訊作者；同時，該研究得到張永正博士後和淩立成教授的悉心指導。

原文鍊接：https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11663