近日，我校纳米创新研究院刘景海教授团队在柔性纳米纤维膜反应器促进锂/硫化学转化领域的研究成果，以《Flexible Electrocatalytic Nanofiber Membrane Reactor for Lithium/Sulfur Conversion Chemistry》为题，发表在材料科学领域国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上（IF=15.621）。论文第一作者为我校与华南师范大学联合培养博士研究生，研究工作全部在纳米创新研究院完成。

锂/硫电池（Li/S batteries）具有理论能量密度高（2600 Wh kg^-1）和低成本等优势，吸引了储能产业界和能源材料领域广泛关注。然而，理解Li/S转换化学、推进产业化发展任重道远，这主要因为充放电循环过程中容量衰减快，安全性及各组元不匹配导致能量密度低的问题。其中，关键科学问题，Li+S₈→Li₂Sx（1≤x≤ 8）的化学转化过程中的瓶颈：（1）氧化还原反应动力学迟缓、S的有效利用率低；（2）可溶多硫化锂严重的穿梭效应，及其与锂负极之间发生的副反应。

该研究首次报道了一种柔性高导电的TiN–Ti₄O₇异质核壳结构纳米纤维（TiNOC）膜反应器，用于电催化调制Li/S转化化学。采用实验结合DFT理论计算方法探索了TiNOC膜反应器对LiPSs的电催化和化学吸附限域的机制，开发模块化电极技术实现了优于商用锂离子电池的性能。研究发现，纳米纤维中的Ti、N和O原子作为电催化和化学吸附限域的活性位点，加速长链LiPS转化和相变动力学、抑制穿梭效应。最优吸附构型拉长Li-S和S-S键键长、驱动电荷沿Ti-S和Li-N键转移、有助于化学键的断裂和形成，加速了固态S₈、Li₂S₂和Li₂S的活化转化。模块化电极构造使得硫利用率高达91.20 %、5C高倍率下放电容量为869.10 mA h g^-1，200圈稳定循环的容量保持率为92.49 %、平均库仑效率为99.57 %。高硫负载下（12.00 mg cm^-2），在2.26 mA时输出面积比容量14.40 mA h cm^-2，并且在60圈充放电循环后容量保持率仍高达89.30 %。两块串联电池可以为60个LED灯泡提供69.00 mWh的能量，可连续供电1小时以上。

该研究历时两年多的积累，与清华大学张跃钢教授团队、华南师范大学李伟善教授团队联合攻关，同时得到吉林大学无机合成与制备化学重点实验室和南开大学先进能源材料化学教育部重点实验室开放基金支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201910533