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開發新型多孔材料作為主體以抑制多硫化鋰（LiPS）的溶解和穿梭，有利于構建高效的鋰硫電池（LSB）。盡管二維共價有機框架（COFs）作為主體材料顯示出在LSBs中的應用潛力，但其性能仍然不盡如人意。

在此，暨南大學寧國宏教授、李丹教授及利物浦大學Andrew I. Cooper等人受 2D COF納米片（CON）在儲能（如鋰離子電池）方面的優勢啟發，設想CON可能是很有前途的主體材料，可以增強LSB的電化學性能。因此，作者基于兩種廉價的有機單體，即均苯四酸二酐（PMDA，23 $/kg）和三聚氰胺（MA，1357 $/t），構建了具有獨特層狀結構的聚酰亞胺 COF（PI-COF）。

鑒于層狀拓撲結構，塊狀PI-COF可以大批量（40 mg/批次）剝離成超薄納米片（PI-CON），厚度約為1.2 nm，薄片尺寸約為 6 μm。此外，由于固有的多孔結構和高度暴露的活性表面，PI-CON具有很高的硫負載能力（~70 wt%）。

圖1. 構建二維PI-COF、超薄 PI-CONs和PI-CONs/S材料的示意圖

因此，作為LSB的新型硫主體材料，PI-COF和PI-CONs具有高容量（0.1 C時，容量分別為1330和1205 mA h g^-1）、優異的倍率性能（4 C時分別為620和503 mA h g^-1）和優異的循環穩定性（PI-CONs在0.2 C時100次循環后容量保持率為96%），超過了已報道的絕大多數有機/聚合物LSB正極。

DFT計算表明，LiPSs可以通過氧-鋰強相互作用錨定，揭示了通過引入羰基抑制LiPSs的溶解和穿梭的機理。這項研究表明羰基可以很容易地促進LiPS的吸收，并為設計用于高效LSB的新型 2D CON鋪平了道路。

圖2. 基于PI-COF/S 和 PI-CONs/S的LSB電化學性能

Scalable Synthesis of Ultrathin Polyimide Covalent Organic Framework Nanosheets for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries, Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c08675

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暨大/利物浦大學JACS：批量合成用于高性能Li-S電池的超薄聚酰亞胺COF納米片

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