在众多的二次电池中，锂硫电池因其高的理论比容量（1675 mAh g-1）和能量密度（2600 Wh kg-1），硫资源丰富且价格低廉等优势，在未来储能技术发展中展现出巨大的大规模应用潜力。但是，硫及其放电产物的电子绝缘性、多硫化物的穿梭效应、充放电过程中的巨大体积变化以及锂枝晶生长导致的安全隐患等问题都对锂硫电池的进一步商业化发展带来了阻碍。其中，硫正极材料作为锂硫电池最重要的组成部分，对锂硫电池的性能具有至关重要的影响，设计高性能的硫正极复合材料也是目前锂硫电池的研究重点。
近日，郑州大学吴蔓蔓研究员、周震教授团队报道了一种具有三维花状形貌且富含N和O吸附位点的共价有机框架（DAAQ-COF），并将其作为硫正极的载体材料以抑制多硫化物的穿梭效应，从而提高锂硫电池的电化学性能。通过熔融浸润法将硫负载到DAAQ-COF后所得复合正极材料DAAQ-COF@S具有稳定的三维交联多级孔结构，该结构不仅有利于N/O化学吸附位点的充分暴露和高效利用，同时能够促进了离子/电子的快速传输，提高锂硫电池的倍率性能。本论文对DAAQ-COF和DAAQ-COF@S的结构和微观形貌进行了一系列表征分析，并对DAAQ-COF@S正极的电化学性能进行了系统地测试，进一步通过理论计算分析研究了DAAQ-COF对多硫化物的化学吸附作用机制。该研究工作结果表明，当COFs作为硫正极的载体材料时，COFs的分子结构和微观形貌，以及复合正极材料的形貌对锂硫电池的性能都具有重要影响作用，该论文有望启发其他COFs作为载体材料的设计，促进锂硫电池的进一步发展。
论文信息：
Flower-like covalent organic frameworks as host materials for high-performance lithium-sulfur batteries.
Shaobo Cai, Runlin Ma, Wang Ke, Hao Zhang, Yiyang Liu, Menggai Jiao, Yun Tian, Yongzheng Fang, Manman Wu*, Zhen Zhou*.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151979
以上论文发表于Chemical Engineering Journal，第一作者为郑州大学化工学院硕士研究生采少博，通讯作者为直聘研究员吴蔓蔓和周震教授，郑州大学新能源科学与工程交叉研究中心为唯一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金的资助。
作者简介
采少博（第一作者），郑州大学化工学院2021级研究生，师从周震教授，主要研究方向为共价有机框架在锂硫电池中的应用。
吴蔓蔓（通讯作者），现为郑州大学化工学院直聘研究员，2021年在南开大学获得有机化学专业博士学位，导师为陈永胜教授，2022年加入郑州大学化工学院，任直聘研究员。主要研究方向为共价有机框架材料的可控构筑及其在二次电池中的电化学性能研究。主持国家自然科学基金、河南省博士后基金等项目。在Nano Energy, Adv. Funct. Mater., Nano Res., Carbon, Energy Storage Mater. 等期刊发表多篇论文。
周震（通讯作者），郑州大学化工学院院长、中国化学会高级会员、英国皇家化学会会士(FRSC)、中国电子学会化学与物理电源技术分会第八届委员会委员、中国化学会理论化学专业委员会委员等。现担任J. Mater. Chem. A、Mater. Adv.和Green Energy Environ.副主编、Interdiscip. Mater.学术编辑、J. Power. Sources机器学习专刊客座编辑、Batteries& Supercaps和《电化学》等七本期刊编委。承担国家基金委重点、国家重点研发项目课题、区域创新发展联合基金重点项目、863计划等。任国家自然科学基金委员会、香港研究资助局和波兰国家科学中心等项目评审专家。在Chem. Soc. Rev., Prog. Mater. Sci., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater. 等期刊发表SCI论文300余篇，论文他引30000余次，H指数101，授权发明专利授权7项。获天津市自然科学二等奖(排名第一)。
