锂硫电池具有高的比容量和理论能量密度，且拥有安全、低成本、无污染等优点，被认为是新一代高效储能系统。然而，锂硫电池还存在着硫和放电产物的导电性较低，长链聚硫化物的溶解所造成的穿梭效应，以及充放电过程中硫的体积膨胀等问题限制着锂硫电池的实际应用。
最近，我校低维材料与清洁能源创新型科技团队以氯化钠晶体为模板、盐酸多巴胺为碳源和氮源、硝酸铜为铜源，经过冷冻干燥和高温还原等过程，成功制备出铜和氮共掺杂的三维多孔石墨化碳网络复合材料（CuxS@NC/S-F）。研究发现，当CuxS@NC/S-F应用于锂硫电池方面时，具有较大的优势：I）三维多孔碳结构有利于电荷转移和电解质的浸润；II）具有良好导电性的硫化铜可以与锂反应，在锂硫电池电压范围内贡献部分容量；III）硫分子在CuxS中的分散提高了活性物质的利用率，并且Cu作为放电产物有利于提高电极整体导电性；IV）CuxS材料可以作为催化剂减少放电产物(Li2S)在电极表面的不可逆沉积。因此，CuxS作为锂硫电池的硫基质具有很大的优越性和良好的应用前景。最后，作者也通过机理分析发现，作为锂硫电池的硫基质材料，该掺杂网络对聚硫化物具有高效的催化作用，并使电池表现出快速氧化还原反应的特性。
图1 CuxS@NC/S-F复合材料的合成示意图
图 2 CuxS@NC/S-F复合材料的电化学性能
上述研究成果发表在材料科学国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上（IF=13.325, 论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.10 02/adfm.201804520），第一作者为我校物理电子工程学院2015级硕士研究生于秋红，通讯作者为罗永松教授。成果第一完成单位是信阳师范学院，合作单位有华中科技大学、香港科技大学、国家纳米科学中心等。此项研究工作是在国家自然科学基金、河南省高校科技创新团队、河南省高校科技创新人才支持计划资助下完成。
（物理电子工程学院 刘墨林）