近期，理学院化学系引进人才赵孝先副教授在国际知名期刊《Energy Storage Materials》（中科院1区，影响因子：17.789）上发表了在锂硫电池电极材料领域取得的原创性研究成果。该研究成果实现了锂硫电池硫正极载体材料电性能的新突破。

锂硫电池作为一种储能装置，基于硫和多硫化锂（Li₂S_n，n = 2-8）之间可逆氧化还原反应的高比容量和高能量密度而被列为最有前途的储能装置之一。然而，作为锂硫电池的正极，硫由于导电性差和循环过程中体积变化大而无法满足预期的性能。特别是多硫化锂（LiPSs）在电解液中的溶解和Li₂S在金属锂负极活性表面的沉积—穿梭效应，会导致库仑效率低和循环稳定性差。

赵孝先等从异质界面设计入手，精确构筑了二维多孔Ti₄O₇/TiN/C复合材料，该材料拥有丰富的强极性N-Ti-O共价键，与单一Ti₄O₇或TiN中的O-Ti-O或N-Ti-N键相比，极性更强的N-Ti-O键可以吸附并与LiPSs中的S和Li原子结合，有利于LiPSs的吸附。此外，Ti₄O₇/TiN异质结构有利于电子转移，可以促进LiPSs的转化。设计思路是在Ti₄O₇/TiN异质界面构建丰富的强极性N-Ti-O共价键，实现LiPSs吸附、捕获和转化的协同过程，从而有效抑制穿梭效应。在该研究中，作者结合实验表征如HRTEM、红外、拉曼、XPS、XANES、EXAFS、UPS和DFT计算对N-Ti-O共价键的精确构筑作了系统深入的研究。作为硫正极的载体，二维多孔TiN/Ti₄O₇/C复合材料在0.2 C下表现出1204.5 mA h g^-1的高比容量，在4 C的超高电流密度下，仍然展现616.5 mA h g^-1的高比容量。此外，在1 C和2 C下经过1000次循环后，分别保持了86.4%和116.9%的容量。

该项工作在Ti₄O₇/TiN异质界面构建丰富的强极性N-Ti-O共价键，实现LiPSs吸附、捕获和转化的协同过程，从而有效抑制穿梭效应。为开发具有优异性能的锂硫电池硫正极载体提供了新思路，并为设计下一代电化学储能装置开辟了新途径。

论文第一作者为河北农业大学理学院化学系硕士研究生马琳琳，指导教师为赵孝先副教授。赵孝先博士作为河北农业大学太行学者三层次人才于2018年引进到理学院化学系工作，副教授，硕士生导师。现主持国家自然科学基金青年基金、河北省自然科学基金项目各1项。主要致力于锂电池、钠电池电极材料的开发和应用研究，目前在国际著名化学、材料类期刊上发表论文10余篇。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.09.024