电导率差，氧化还原动力学迟缓，穿梭效应，大的体积变化以及硫电极的低面负载等缺点严重阻碍了锂硫电池的实际应用。
为了克服上述硫电极的主要瓶颈，北京航空航天大学郭林教授，Qianfan Zhang，Yujie Zhu报道了精心设计的具有中空多孔结构的非晶N掺杂碳/MoS3（NC/MoS3）纳米盒作为优良的硫基质。
文章要点
1）研究人员首先通过水热法制备晶体α-Fe2O3纳米立方体，并将其用作模板。所获得的Fe2O3纳米立方体是高度均匀的且平均尺寸约为600 nm，然后通过溶胶-凝胶法进一步涂覆了聚多巴胺（PDA）层。制备的Fe2O3@PDA样品保持了Fe2O3的立方形态，PDA外壳厚度约为25 nm。当Fe2O3@PDA核壳纳米立方体在N2气氛中煅烧时，PDA层被碳化为N掺杂碳（NC）壳，而Fe2O3核被碳还原为Fe3O4，因此形成Fe3O4@NC核壳纳米立方体。完全蚀刻掉Fe3O4核后，获得了空心NC纳米盒。
2）SEM图像显示，所获得的NC纳米盒非常均匀，平均尺寸约为632 nm，并且由于酸蚀刻过程中铁离子的向外迁移，形成表面多孔纳米盒。TEM图像进一步说明了NC纳米盒的内部空心结构，其壳厚度约为16 nm。SAED表明NC纳米盒具有非晶态特征。HAADF-STEM和相应的元素映射图像表明N和C元素在纳米盒中的均匀分布。
3）最后，研究人员将所制备的NC纳米盒进一步用于生长非晶MoS3。所得的NC/MoS3 NBs复制了NC纳米盒的均匀立方形态，而由于非晶MoS3的生长，导致其平均尺寸增加到约660 nm。令人印象深刻的是，放大的SEM和TEM图像分别显示了NC/MoS3 NBs的丰富的多孔结构和内部中空结构，这有利于进一步加载硫和电解质渗透以及提供用于LiPS固定和转换的更多活动站点。
4）中空的纳米盒结构允许高硫负载，并且可以物理截留可溶性LiPSs。通过实验研究和理论计算表明，具有不饱和配位Mo和富电子S的非晶MoS3不仅与LiPSs具有很强的结合能力，而且还表现出对多硫化物转化的催化作用。此外，将N掺杂的碳引入非晶MoS3可以解决非晶MoS3固有的低电导率问题，从而促进氧化还原反应的动力学。而且NC/MoS3 NBs的强机械性能可以有效缓解硫的体积变化。
5）负载硫的NC/MoS3 NBs（NC/MoS3-S NBs）正极显示出高的硫利用率，出色的倍率能力和出色的循环稳定性（0.5C下，在500次循环中保持752 mAh/g的比容量），每周期仅0.076％的小容量衰减率。即使在5.5 mg/cm2的高面积硫负载下，也可以提供5.16 mAh cm-2的高面积容量，并具有优异的稳定性。
该合成策略可以推广到制造其他非晶态金属硫属化物纳米盒，例如CoSx和WSx，有望应用于能量存储和转换领域。
Lin Guo, et al, Enhanced Multiple Anchoring and Catalytic Conversion
of Polysulfides by Amorphous MoS3 Nanoboxes for High-Performance Li-S Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI：10.1002/anie.202004914
https://doi.org/10.1002/anie.202004914
