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武汉理工大学/比利时那慕尔大学苏宝连院士、李昱教授和严敏博士等通过引入原子轨道杂化理念，设计构建了一种聚苯胺-硫-聚苯胺三明治夹层中空纳米球（S-PANI@S@S-PANI-HNPs），作为锂硫电池正极材料，展示出优异性能。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。
锂硫电池具有超高的理论比容量，安全无毒、环境友好，是最具潜力的未来储能系统之一。然而，多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应、硫自身较差的电子电导、充放电前后电极较大的体积膨胀等因素，将导致容量的快速衰减，阻碍了锂硫电池的商业化发展。
在该研究设计的聚苯胺-硫-聚苯胺三明治夹层中空纳米球（S-PANI@S@S-PANI-HNPs）中，内外双层聚苯胺与硫的原位硫化作用形成交联、稳定的聚合物网络（S-PANI），为LiPSs提供物理结构以及双重化学锚定的协同约束作用。通过Li 1s、S 2p和N 2p之间高度可逆的原子轨道杂化，使得S-PANI与LiPSs之间具有强烈且可逆的化学键合作用。此外，中空的结构不仅提高了硫的利用率，内外双层聚苯胺导电网络也提高了电极的电子和离子的传输速率。
由S-PANI@S@S-PANI-HNPs制备的锂硫电池获得了1142 mAh g-1的高初始容量和在0.2 C下500次循环后886 mAh g-1的优异稳定容量。还观察到了500次循环后电极仍然保持完整，几乎没有体积变化。
最重要的是，S-PANI@S@S-PANI-HNPs的制备过程简单且可持续，是一种商业上可行的、易于大规模制备的高性能锂硫电池正极材料。
作者简介
苏宝连院士
欧洲科学院院士，比利时皇家科学院院士，比利时那慕尔大学终身教授，那慕尔大学无机材料化学实验室创建主任。武汉理工大学战略科学家，材料复合新技术国家重点实验室副主任。英国剑桥大学Clare Hall Life member。2020年任法国大学科学院（Academic Institute of France）院士增选委员会主席。2021年当选世界介观结构材料协会主席。1993年获中石化技术发明奖一等奖，1994年获中国优秀专利奖，2007年获比利时皇家科学院Adolphe Wetrems奖，2011年获国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）新材料与合成杰出贡献奖，2012年作为带头人获中国侨联“创新团队”贡献奖，2012年获比利时联邦Francqui Chaire奖，2019年获中华人民共和国政府友谊奖，2019年获湖北省自然科学奖一等奖，2020年获国际胶体与界面科学Darsh Wasan杰出贡献奖，2021年获世界介观结构材料协会杰出贡献奖。苏宝连院士的研究领域为“等级孔材料设计理论及在能源转化，催化，光催化，光合作用，环保，生命复合材料及人造器官等领域的应用”。
李昱教授
武汉理工大学教授、博导。迄今，已发表SCI论文180余篇，国际国内期刊封面文章多篇，他引9800余次，H因子54，授权专利50余项，20余次在国际会议中做主旨或特邀报告，并多次担任分会主席和作为组委会成员组织国际会议。承担国家重点研发计划，基金委重点专项等，2019年获湖北省自然科学一等奖一项（第三完成人）。他的研究领域为仿生等级孔结构材料的设计、合成及能源存储与转换研究。
严敏博士
武汉工程大学特聘副教授。2017年博士毕业于武汉理工大学，2017~2021年于中国科学院化学研究所开展博士后研究工作，2021年入职武汉工程大学。研究领域为金属锂电池、锂硫电池及电池界面的调控与设计。相关成果以第一作者在Natl. Sci. Rev., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Chem. Eng. J.等期刊发表。
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