Co2 C/CoC8 异质结构设计：实现多硫化物高效捕获/转化以提升锂硫电池性能

　　为解决锂硫电池（LSBs）中多硫化物（LiPSs）的穿梭效应和缓慢氧化还原动力学问题，研究人员通过水热法结合热处理制备了氮掺杂钴碳化物/导电炭黑（Co2 C/CoC8 /NEC）异质结构材料。该材料中Co2 C强吸附LiPSs，CoC8 高效催化转化硫物种，协同氮掺杂调控电子结构，最终实现0.5C下1131 mAh g?1 的高初始容量及300次循环后86%的容量保持率，为高性能LSBs设计提供了新思路。

　　

论文解读：

背景与挑战
锂硫电池（LSBs）因其高达2600 Wh kg^?1
的理论能量密度和硫的低成本特性，被视为下一代储能技术的候选者。然而，可溶性多硫化物（LiPSs）的“穿梭效应”和硫物种转化动力学缓慢导致电池容量快速衰减、循环寿命缩短，成为实际应用的“阿喀琉斯之踵”。传统碳基材料虽能物理吸附LiPSs，但极性差异使其易脱落；过渡金属化合物虽具化学吸附能力，却常因导电性差而限制催化效率。如何协同解决吸附与催化矛盾，成为突破LSBs性能瓶颈的关键。

研究设计与方法
吉林大学研究团队创新性地设计了一种Co₂
C/CoC₈
异质结构复合氮掺杂导电炭黑（NEC）的材料体系。通过水热法合成前驱体CoO/EC，再经两步热处理（350°C Ar气氛碳化、700°C NH₃
气氛氮掺杂）获得目标材料。结合密度泛函理论（DFT）计算、Li₂
S₆
对称电池测试及电化学表征，系统评估了材料对LiPSs的吸附-催化协同机制。

研究结果

1. 材料表征：XRD与TEM证实成功构建Co₂
   C（强吸附相）与CoC₈
   （高催化相）的异质结构，氮掺杂引入缺陷位点（图S1-S3）。
2. 吸附-催化协同：视觉吸附实验显示Co₂
   C/CoC₈
   /NEC对Li₂
   S₆
   的吸附量是纯碳的3倍（图2a）；对称电池测试表明其氧化还原电流密度提升5倍（图3b），证实CoC₈
   显著加速LiPSs转化。
3. 电池性能：采用Co₂
   C/CoC₈
   /NEC-PP隔膜和S正极的电池在0.5C下展现1131 mAh g^?1
   初始容量，300次循环后保持977 mAh g^?1
   （衰减率0.046%/次）；1C倍率下1500次循环的容量衰减率仅0.023%/次（图4c）。
4. 高负载性能：在5.6 mg cm^?2
   高硫载量和4.5 μL mg^?1
   贫电解液条件下，0.2C循环100次仍保持稳定（图5d）。

结论与意义
该研究首次揭示了钴碳化物异质结构（Co₂
C/CoC₈
）在LSBs中“吸附-催化”双功能机制：Co₂
C通过d-p轨道杂化强锚定LiPSs，CoC₈
优化Li₂
S成核能垒加速反应动力学，氮掺杂进一步调控电子结构增强导电性。这种“三位一体”设计为过渡金属碳化物（TMCs）在储能领域的应用开辟了新范式，其策略可延伸至其他二次电池体系。论文发表于《Journal of Colloid and Interface Science》，为高能量密度、长循环LSBs的实用化提供了切实可行的材料解决方案。