余彦/张桥保/马骋ACS Nano: 用于先进钠硫电池的多室碳纳米盒

复杂的中空碳结构对于锚定多硫化物和提高室温钠硫电池中硫的利用率具有重要作用。然而，由于结构复杂，它们的合成极具挑战性。

在此，中国科学技术大学余彦教授、马骋教授及厦门大学张桥保副教授等人提出了一种简单的蚀刻碳化策略，将单分散ZIF-8纳米立方体转化为N/O共掺杂多室碳纳米盒（MCCB），由外部的多孔碳壳和内部连接的具有中空结构的碳网格组成。该结构具有以下几个优点：

（1）硫物质的强固定性：MCCBs 提供多个分离的限制空隙和容纳硫的负载位点。此外，N/O掺杂的碳可以通过化学吸附进一步牢固地锚定多硫化物。

(2) 增强电子和离子电导率：多孔碳壳和内部连接的碳网格可以促进电子和离子的转移，从而增强电极动力学的活性。

(3) 优越的结构稳定性：多室孔隙可以有效缓冲体积变化，更重要的是，内部连接的碳网格可以作为骨架强烈支撑结构稳定性，从而保证电极的长循环稳定性。

图1. S@MCCBs制备过程、模拟模型及表征

因此，基于S@MCCBs组装的室温Na-S电池表现出高倍率容量（596/328 mAh g^-1@5/10 A g^-1）和良好的循环性能（在5 A g^-1下800次循环中每个循环的容量衰减为 0.045%）。S@MCCBs的先进储钠性能可以通过微/介孔和内部空隙空间的捕获性、电子和离子的电导率以及 N/O 掺杂工程的协同作用来解释，其有效地增强了S的电化学反应动力学和电极的稳定性。

此外，异位X射线光电子能谱（XPS）和原位透射电子显微镜（TEM）观察证实了（脱）钠化过程中S@ MCCBs的良好结构稳定性。这项工作展示了为高性能储能系统合理设计和准确构建复杂中空材料的有效策略。

图2. 基于S@MCCBs的Na-S电池性能

An Efficient Strategy toward Multichambered Carbon Nanoboxes with Multiple Spatial Confinement for Advanced Sodium-Sulfur Batteries, ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c09402

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余彦/张桥保/马骋ACS Nano: 用于先进钠硫电池的多室碳纳米盒

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