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鋰硫電池的實際應用仍然是一個巨大的挑戰，活性硫導電性差、正極體積膨脹、多硫化鋰（LiPSs）穿梭效應等極大地限制了電池的容量，導致循環性能不理想。因此，硫主體材料應具有良好的導電性、多孔結構和對LiPS的強大固定能力。

在此，浙江大學韓偉強教授等人討論和總結了將雜原子摻雜（包括非金屬原子摻雜和金屬單原子摻雜）引入傳統碳材料（石墨烯、碳納米管等）和新材料（gC₃N₄和MXenes、金屬化合物等）作為 Li-S電池中的硫主體材料，詳細概述了硫主體材料的獨特特征和電化學性能改善的機制。

雜原子摻雜的碳材料可以為LiPS提供強大的化學吸附，從而提高容量和循環穩定性；通過引入N摻雜，gC₃N₄和MXenes具有前所未有的特性，包括增強的導電性和改進的LiPSs固定能力。此外，作者還提出了雜原子摻雜硫主體材料的挑戰和前景。

圖1. gC₃N₄的制備過程示意圖及其摻雜和應用

對于碳材料，實現LiPS固定和電導率之間的平衡對于優化Li-S電池的電化學性能具有重要意義，需要對其機理有更多的了解；對于gC₃N₄，與導電碳材料的復合可能是提高導電性的更好選擇，需要合理設計gC₃N₄與碳的配比；

此外，N摻雜量對MXenes和隨后的電化學性能的影響尚未明確，需要更多的研究來確定最佳值。對于金屬單原子催化劑（SAC）：

1）應進一步驗證金屬含量對導電性等其他性能的影響；

2）應進一步制定普適性制備策略；

3）開發單原子摻雜金屬化合物對于實現高體積能量密度的鋰硫電池是必要的；

4）需要進行更多研究以確定哪種金屬原子是SAC獲得最佳性能的最佳選擇。

圖2. 金屬單原子摻雜金屬化合物示例

總之，盡管雜原子摻雜策略面臨很多挑戰，但在未來實現高能量密度和長循環壽命的鋰硫電池方面顯示出廣闊的前景。

A Review of Heteroatom Doped Materials for Advanced Lithium-Sulfur Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107166

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