异质结构的合理设计为开发促进锂硫电池中多硫化锂转化的理想催化剂体系开辟了新的机遇。然而，其传统的制造工艺复杂，难以合理控制各组分的含量和分布。
近日，日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）戚亚冰教授报道了利用原子层沉积（ALD）法在通过化学气相沉积（CVD）制备的三维独立碳纳米管（CNTs）骨架的基础上制备了同轴CNTs@TiN-TiO2海绵。
文章要点
1）通过控制CNT外表面TiO2和TiN层的厚度，并结合退火后处理，CNTs与5 nm TiO2包裹的10 nm TiN杂化得到的同轴CNTs@TiN-TiO2海绵具有良好的改善Li-S电池性能的能力，在0.2 C时比容量达到1431 mAh g−1，在2C循环500次后容量保持率达85%。
2）研究发现，同轴CNTs@TiN-TiO2海绵具有出色Li-S电池性能的主要原因是TiN-TiO2异质结构中的连续界面使TiO2首先吸附多硫化锂，然后进一步扩散到TiN中进行后续的电催化。同时，在高导电性CNTs的协同作用下，TiN能有效催化多硫化锂转化为Li2S2/Li2S。此外，3D CNTs海绵的多孔结构和相互连接的导电通道有助于容纳大量的硫，并保证其高利用率。
3）实验结果表明，基于同轴CNTs@TiN-TiO2海绵的Li-S电池的面容量可达21.5 mAh cm−2，远高于商品化锂离子电池的面容量（4 mAh cm−2），可媲美最近问世的硫负载量大于8 mg cm−2的Li-S电池的性能。
这项策略可以扩展到其他同轴/逐层异质结构的优化，促进连续的、匹配良好的界面的形成，在储能和催化方面具有良好的应用前景。
参考文献
Zhang, H., Ono, L.K., Tong, G. et al. Long-life lithium-sulfur batteries with high areal capacity based on coaxial CNTs@TiN-TiO2 sponge. Nat Commun 12, 4738 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-24976-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24976-y
