華中科技大學胡敬平Micropor. Mesopor. Mater.：ZIF-8衍生氮摻雜空心碳納米粒子包封

DOI: 10.1016/j.micromeso.2021.111000

具有高電導率和強大多硫化物固定能力的硫支架的簡便合成對于高性能鋰硫電池的開發起著重要作用。在此，以ZIF-8和聚丙烯腈為前驅體，研究者通過靜電紡絲和碳化處理設計出一種由中空碳納米顆粒（9wt％-CF）組成的新型N摻雜多孔碳纖維，作為硫支架。碳纖維骨架可提供較高的電導率，相互連接的空心顆粒可提供足夠的空間以容納主體活性材料并固定多硫化物。而且，N摻雜進一步改善了9wt％-CF與多硫化物之間的相互作用。結果表明，所制備的9wt％-CF/S正極在0.1C下的初始放電容量為1524 mAh g-1，在0.5C下進行200次充放電循環后的容量保持率高達83％，硫負載為1.9 mg cm-2。

圖1.ZIF-8衍生碳纖維/S樣品的合成示意圖。

圖2.PAN-FB（a），9wt％-FB（b），CF（d），9wt％-CF（c，e）和9wt％-CF/S（f）的SEM圖像。

圖3.9wt％-CF（a，b），9wt％-CF/S（c）的TEM圖像，9wt％-CF/S的STEM圖像（d）以及C（e），N（f），O（g），S（h）的相應元素映射。

圖4.CF、8wt％-CF、9wt％-CF和10wt％-CF的XRD圖譜（a）和拉曼光譜（c），（b）CF/S、8wt％-CF/S、9wt％-CF/S和10wt％-CF/S的XRD圖譜，（d）CF、8wt％-CF、9wt％-CF和10wt％-CF的氮氣吸附-解吸等溫線和（e）孔徑分布曲線，9wt％-CF的（f）C1s和（g）N1s高分辨率XPS光譜。

圖5.9wt％-CF/S（a）和CF/S（b）在不同速率下的電壓-容量曲線，CF/S、8wt％-CF/S、9wt％-CF/S和10wt％-CF/S正極在0.2C（c）和0.5C（e）下的循環性能和倍率性能（d）。

圖6.（a）9wt％-CF/S在0.2mV/s下的CV曲線，（b）在0.2C下循環100次后CF/S和9wt％-CF/S正極的奈奎斯特圖，（c）CF、8wt％-CF、9wt％-CF和10wt％-CF吸附的Li2S6溶液的UV-Vis光譜，（d）Li2S6和Zn（2-甲基咪唑）4團簇的優化原子構型，代表了由ZIF-8衍生的N摻雜碳的結構。