锂金属电池储能体系中，以单质硫为正极、锂为负极的锂硫电池(Li‒S)因其较高的理论比容量(1675 mA·h g−1)和能量密度(2600 W·h kg−1)而遭到广泛重视。但是，锂硫电池电化学反响中心产品多硫化锂(LiPSs)的溶解和搬迁构成的“络绎效应”和Li+不均匀堆积；一起， LiPSs经过隔阂搬迁到负极，并被复原成低阶可溶性多硫化物或不溶性Li2S/Li2S2掩盖在Li负极上，均加重了Li负极的腐蚀和钝化，导致活性硫的损失和电池容量的下降。

　　隔阂作为锂硫电池不行短少的部件之一，是硫正极和锂负极之间物质传输的纽带，在防止短路的一起起着离子传输的核心效果。功用化隔阂被认为是协同调理硫电化学反响活性和锂金属堆积/剥离的一种高效快捷的战略。构建一种亲硫‒亲锂、空间结构合理有序的功用隔阂，一起处理硫正极和锂负极的问题，加快硫氧化复原动力学，同步调理锂堆积/剥离行为，终究进步锂硫电池的电化学功用，具有重要的含义，但仍存在巨大的应战。

　　近期，西安理工大学资料学院新式微观结构复合资料的可控制备和先进能量转化存储器材立异团队杨蓉教授将石墨烯量子点(GQDs)作为亲硫-亲锂介质引进到静电纺丝纳米纤维润饰聚丙烯(PP)功用化隔阂中，以协同处理硫正极和锂负极的问题，进步锂硫电池的循环安稳性和寿数。静电纺丝纳米纤维构建的三维网络和GQDs的极性官能团作为亲硫介质能够有用吸附LiPSs，按捺“络绎效应”，削弱锂负极钝化。一起，具有量子尺度效应和极性官能团的GQDs为亲锂介质可诱导Li+均匀成核和再堆积，然后按捺锂枝晶，防止电池短路。经过共同的规划战略进步了锂硫电池的循环安稳性、硫电化学活性和寿数。该研讨作业以“Graphene quantum dots as sulfiphilic and lithiophilic mediator toward high stability and durable life lithium‒sulfur batteries”为题宣布在期刊Journal of Energy Chemistry上，榜首作者为西安理工大学博士生樊潮江。

　　本作业选用自上而下法组成含官能团的石墨烯量子点，将其作为亲硫‒亲锂介质引进到静电纺丝纳米纤维中构建锂硫电池多功用隔阂。一起，选用曲面相应优化法研讨了静电纺丝工艺参数对隔阂孔隙率和电解液吸收率的影响，经过回归模型剖析验证了曲面呼应优化剖析成果的可靠性，终究确认了优化的工艺参数。将优化条件下取得的GQDs-PAN@PP隔阂用作Li‒S电池的隔阂(图1a)，能够起到诱导Li+均匀堆积和按捺LiPSs络绎的两层协同效果，然后进步Li‒S电池的循环安稳性和寿数。优化条件下的GQDs-PAN@PP隔阂具有最高的孔隙率(77.84%)和电解液吸收率(228.34%)，阐明GQDs-PAN纺丝纳米纤维具有丰厚的孔隙结构，有利于电解液的浸透和滋润。一起，GQDs-PAN纤维均匀分布在PP隔阂外表，进一步证明晰GQDs在纳米纤维交联结构构成中的重要效果。

　　作者将PP、-PAN@PP隔阂用于Li‒S电池，探究电化学功用改进的机理，验证规划的合理性和有用性(图2)。成果标明，GQDs-PAN@PP隔阂用于锂硫电池中体现出了较高的初次放电比容量(1286.07 mA·h g−1，0.1 C)和77%的高活性硫利用率，具有较好的电化学可逆性和循环安稳性。一起，不同电流密度下，GQDs-PAN@PP隔阂电池的低极化电位证明晰氧化和复原动力学的改进以及杰出的离子导电性。图2(f)中，GQDs-PAN@PP电池的QL和QL/QH比值(889.17 mA·h g−1,2.24)均高于根据PP(519.80 mA·h g−1,1.74)和.28 mA·h g−1,1.85)隔阂的电池，这标明GQDs能够有用地化学吸附了多硫化物，进步了Li2Sx向Li2S/Li2S2的转化动力学。此外，研讨了GQDs-PAN@PP隔阂电池在高硫负载下的电化学功用，在5.10 mg cm−2高硫负载下，电池依然坚持了3.23 mA·h cm−2的高面容量(图2h)，标明其在Li‒S电池中实践使用的可能性。0.5 C高电流密度下的长循环测验，500周循环后每循环衰减率仅为0.075%，进一步证明晰电池的循环安稳性和耐久的循环寿数。

　　图2. PP、-PAN@PP隔阂拼装电池的(a)倍率功用和(b)GQDs-PAN@PP隔阂对应的恒流充放电曲线，(c)不同电流密度下的极化电位差比照图；(d)不同隔阂在0.1 C时的首周充放电曲线及(e) GQDs-PAN@PP隔阂0.1 C时的充放电曲线细节；(f)不同隔阂电池的恒流充放电曲线核算出的QL/QH值和其比值比照图；(g)不同隔阂在0.1 C下电池的循环安稳性；(h) GQDs-PAN@PP隔阂在高硫载量下的循环功用；(i) 0.5 C下的长循环功用；(j) GQDs-PAN@PP隔阂与其他已报导的作业的电化学功用比较。

　　作者进一步经过可视化浸透试验、循环后隔阂的X射线光电子能谱剖析(XPS)和密度泛函理论(DFT)核算验证了GQDs的亲硫性。图3(c)多硫化物可视化浸透试验中，GQDs-PAN@PP隔阂24 h后只要少数Li2S6浸透，阐明GQDs-PAN@PP隔阂对多硫化物具有较强的吸赞同隔绝才能。一起，非原位的XPS剖析阐明晰GQDs的亲硫性和LiPSs的吸附机理，XPS的成键性质标明，GQDs的官能团促进了C‒S键的构成，并在循环过程中吸附了LiPSs。一起，DFT核算进一步提醒GQDs和PAN对LiPSs的吸附行为。在图3(g)中，GQDs-PAN对S8和不同的Li2Sx的结合能高于GQDs或PAN与S8/Li2Sx的结合能，阐明GQDs-PAN与S8/Li2Sx之间存在较强的相互效果，这些成果证明了GQDs-PAN对LiPSs的强吸附效果，提醒了GQDs改进锂硫电池电化学功用和亲硫效果的机理。

　　为了进一步提醒GQDs亲锂效果的机理，作者经过Li//Li对称电池测验研讨了GQDs对锂负极堆积/剥离行为和循环安稳性的影响。图4(a)中，GQDs-PAN@PP隔阂的Li//Li对称电池在0.5 mA cm−2，0.5 mA·h cm−2的容量下循环600 h后的电压迟滞仅为21 mV，标明GQDs具有确保锂均匀堆积的巨大潜力。此外，GQDs-PAN@PP隔阂的Li//Li对称电池的倍率功用优于PP和PAN@PP。安稳的循环和速率功用标明，GQDs能够作为离子筛均匀重新分配Li+通量，有用调理Li堆积。如图4(d)所示，PP隔阂电池内Li+传导缓慢，导致Li+不均匀积累，构成突起；随后，加重了锂的不均匀堆积，发生锂枝晶，终究导致短路。相反，根据GQDs-PAN@PP隔阂的电池，GQDs诱导的Li+搬迁速度更快，堆积更均匀，能够有用消除副反响，使锂负极均匀的堆积/剥离。

　　本作业提出了一种安稳长寿数锂硫电池的协同效果隔阂规划战略。GQDs-PAN@PP多功用隔阂处理了硫正极和锂负极的关键问题。静电纺丝纳米纤维和GQDs的极性官能团作为亲硫介质，有用按捺了LiPSs的络绎，进步了硫的利用率。此外，GQDs作为亲锂介质，诱导了Li+的均匀堆积，并维护了锂枝晶对隔阂的损坏。较好的界面亲和力带来了满足的电化学活性位点，确保了电子的快速搬运。选用GQDs-PAN@PP隔阂制备的锂硫电池具有高硫利用率和电化学可逆性。此外，在高硫负载条件下也体现出了较好的储锂功用。该研讨为改性功用隔阂供给了一种快捷而有远景的战略，并推动了锂离子电池和锂金属电池的开展。