結(jié)構(gòu)層次是生物世界的基石，也是我們從大自然中學(xué)到的最重要的教訓(xùn)，用于開發(fā)用于能量轉(zhuǎn)換和儲存的各種應(yīng)用的巧妙的分層多孔材料。最近，由清華大學(xué)張強教授領(lǐng)導(dǎo)的一個來自中國的研究小組，通過多功能化學(xué)氣相沉積（CVD）在CaO模板上開發(fā)出一種新型的分級多孔石墨烯（HPG），用于高功率鋰-硫（Li-S）電池。這項工作發(fā)表在高級功能材料雜志上。

由于對可持續(xù)能源系統(tǒng)和便攜式儲能設(shè)備的迫切需求，Li-S電池被認(rèn)為是下一代儲能設(shè)備最有前途的替代品，因為其理論能量密度高達(dá)2600Whkg-1，低成本，環(huán)保，“張教授說?！氨M管有這些優(yōu)點，但由于硫和硫化鋰的固有絕緣，多硫化物的穿梭效應(yīng)，以及操作過程中陰極材料的巨大體積變化，實際應(yīng)用仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，研究人員一直在尋求開發(fā)具有可調(diào)結(jié)構(gòu)等級和表面特征的分層納米碳材料，用作Li-S陰極支架，以有效地解決這些問題。分層多孔材料分別在不止一個長度尺度上具有不同性質(zhì)和作用的孔隙率。對于改善Li-S電池性能非常重要。

然而，采用多步驟過程的策略或/和多尺度模板主要用于獲得等級的孔隙度。它總是復(fù)雜且不利于結(jié)構(gòu)規(guī)則，”研究生和第一作者程唐說，Cheng首次提出了分級多孔CaO顆粒作為石墨烯容易CVD生長的有效催化模板。CaO是一種非常普遍且有前途的材料，具有低成本，易于純化和有希望的循環(huán)利用。此外，可以容易地獲得CaO的各種分層結(jié)構(gòu)，使其成為制造具有可調(diào)結(jié)構(gòu)層次的HPG材料的通用策略。

基于這一概念，他們獲得了石墨烯的分層多孔結(jié)構(gòu)，具有豐富的微觀內(nèi)部空位，中等皺紋孔和宏觀支撐腔。它可以作為Li-S電池陰極的有利支架，具有更高的硫利用率，高放電容量和效率，優(yōu)異的穩(wěn)定性和優(yōu)異的倍率性能。小介孔有助于硫和多硫化物的捕獲;具有高SSA的微孔和有缺陷的石墨烯層適應(yīng)高硫負(fù)載并具有緊密親和力;互連的大介孔和大孔縮短了離子和電解質(zhì)的傳輸距離。

我們希望分層多孔石墨烯材料的新型制造策略能夠改善陰極支架的性能，以實現(xiàn)Li-S電池的實際應(yīng)用。”羌說。通過更細(xì)致的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計和額外的表面修改，預(yù)計會有進一步的改進。這里提出的想法開辟了用金屬氧化物催化劑開發(fā)納米結(jié)構(gòu)石墨烯的新觀點，這種催化劑對于可調(diào)結(jié)構(gòu)，可變特性和有前景的應(yīng)用而言是新鮮但多功能的。