鋰硫電池（li-s）具有比傳統鋰離子電池更高的理論能量密度（2500wh/kg），有望成為儲能應用（包括大型智能電網、電動汽車和移動電子設備）最有前景的候選系統之一。近年來，為了實現鋰硫電池的商業化，人們提出了多種策略，如開發新型陰極復合材料、中間層或隔膜裝飾、多功能粘合劑和電解液添加劑等。極性主體材料的引入可以進一步增強多硫化鋰的化學吸附，從而提高電池的循環穩定性。然而，非碳極性主體固有的低導電性往往導致硫的低利用率，特別是在高負荷下硫分布不均勻的情況下。因此，有必要探索一種更具導電性的極性寄主材料及其與碳骨架的充分接觸。
近日，中科院上海硅酸鹽研究所研究員李麒麟、中科院寧波材料技術與工程研究所研究員楊明輝，共同設計了具有催化劑碳催化劑“三明治”結構和緊湊的二維催化導電界面的硫宿主材料，實現了鋰硫電池的高穩定性。相關成果發表在國際學術期刊Angewandte Chemie（2020doi.org/10號文件. 1002/阿尼。202004048年）。
金屬氮化物的d-軌道相互重疊，其導電性與金屬相當。它們是鋰多硫化物吸附的理想極性材料，能促進電荷轉移和電位電催化。但是，碳骨架中金屬氮化物的復合方式是有限的，通常只有納米顆粒氮化物與碳骨架之間的點對點或點對面接觸，接觸面積有限，電荷轉移能力有限，因此，在極性寄主粒子（或位點）和碳骨架之間建立一個具有足夠接觸的連續界面（面對面接觸）仍然是一個挑戰。此外，在松散的硫寄主骨架中，空位和非極位體積空間通常占較大比例。離散的催化劑納米晶疇與導電基底之間的點接觸不能降低這種非催化活性空間的比例，這將阻礙高負載鋰硫電池的發展。合理的陽極設計和微觀結構組合，可以最大限度地減小空載和非極性電池的體積空間，有望推動緊湊型鋰硫電池的發展。在此基礎上，研究小組提出了一種具有催化和電子轉移功能的具有連續二維催化導電界面的mon-c-mon“三明治”主結構，作為鋰硫電池的硫正極主材料。這種三層結構沿厚度方向存在于單個納米顆粒中，促進了S/li2sx在雙面外氮化物極性表面的強保形吸附和高效轉化，以及中間碳層的高通量電子轉移。這些二維“三明治”結構單元可以進一步自組裝成有序的三維織構，進一步加強了導電網絡和催化網絡的互聯。
即使宿主骨架的比表面積較低（97 m2/g），吸附/催化平面的最大暴露量周一至周五在高s負載（75.7 wt%）和1C（1C=1672ma/g）下，電極仍能穩定循環至少1000次，即使在高4C下，每個循環的容量衰減率也只有0.033%，比容量可保持在515mah/g，當硫含量增加到3.4mg/cm~2時，三層致密硫載體仍表現出良好的導電性，循環500次后，其容量保持在604mah/g。催化和導電功能的協同工作方式保證了S/li2sx的均勻沉積，避免了高速長周期后電極的增厚和失活（電極鈍化）。報道的螯合氨化方法為C、mon相的有序分離和表面接觸提供了保證，也為制備二維氮化物提供了一種新的合成方法。
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