近日，北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授、曲晋副教授等人在Small上发表题为“Mesoporous Yolk-Shell Structured Organosulfur Nanotubes with Abundant Internal Joints for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries by Kinetics Acceleration”的学术论文。本工作以自牺牲模板法以及反转硫化法，设计构筑具有内部互连的卵黄壳结构以改善硫化碳纳米管@酚醛树脂（SC@A）有机硫化物正极材料的动力学性能，并通过原位Raman、原位XRD以及非原位XPS分析相结合的技术揭示短链有机硫化物的固相反应过程。

短链高分子型有机硫化物，因其结构中的硫链长度一般小于等于四个硫原子，加之其结构相对稳定，故能有效的改善锂硫电池（LSBs）的性能，因而得到广泛关注和研究。然而，虽然短链高分子型有机硫化物能够使材料展现出固-固电化学反应过程，并可以有效的抑制穿梭效应，但是其电子和离子电导率都相对较低，使材料具有较差的反应动力学特性，致使材料的倍率性能较差。其次，大部分短链高分子型有机硫化物都是块体状结构，导致较大的界面阻抗，使材料表现出不能令人满意的循环性能。此外，不同于传统的硫单质，有机硫化物的分子结构及其电化学性能、电化学行为之间的关系尚未被完全探究清楚。因此，有必要继续探索更合理、更高性能的有机硫化物正极材料。

在本课题组前期工作基础上（Energy Storage Materials, 2020, 27, 426-434），为了同时抑制长链多硫化物的穿梭效应以及提升固-固反应的电化学动力学，先通过自牺牲模板法制备了具有介孔卵黄-壳结构（yolk-shell）的氨基酚醛树脂包覆碳纳米管（C@A）复合物，然后再通过反转硫化法制备具有介孔卵黄壳结构的硫化碳纳米管@氨基酚醛树脂（SC@A）复合物。SC@A复合物在分子尺度上是具有短链硫共价连接的有机硫化物，在纳米尺度上是内部具有丰富连接点的卵黄壳管状结构。SC@A的短链硫结构可以将液-固反应转变为固-固电化学，从而在源头上避免了穿梭效应的产生；而它这种介孔卵黄壳结构可以有效的承受循环过程中的体积变化以及储存大量的电解液。此外，这种介孔卵黄壳结构以及核与壳之间丰富的连接点结构，可以极大的加快电子离子的传输。因此，SC@A复合物具有突出的电化学性能：在5.0 C大电流下容量保有841 mA h g^-1；并且在5.0 C以及500次不间断充放电过程中SC@A复合物表现出每圈0.06%的极低容量损失率。同时，我们利用原位紫外可见光谱证明了SC@A这种短链硫结构可以从源头上避免穿梭效应的产生。此外，利用原位XRD、原位Raman以及非原位XPS相结合的表征揭示了SC@A复合物在循环过程中的充放电机理。这一工作为开发锂硫电池用的新型短链高分子型有机硫化物正极材料提供了新思路。

本文第一作者为博士生常伟，于中振教授和曲晋副教授为本文通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章信息：Wei Chang, Jin Qu,* Wei Li, Yu-Hao Liu, Xian-Zhi Zhai, Hong-Jun Liu, Yu Kang, and Zhong-Zhen Yu*, Mesoporous Yolk-Shell Structured Organosulfur Nanotubes with Abundant Internal Joints for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries by Kinetics Acceleration, Small, 2021, 2101857.

全文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202101857