一、背景

　　碳纳米纤维具有高导电性、高孔容、高比表面积、质轻密度低等优异性质，因而被广泛应用于能量转换与储存器件、高分子纳米复合材料等领域，被认为是未来十大最具潜力的新材料之一。其中，静电纺丝法是制备碳纳米纤维材料的一种设备简单、成本低廉的方法，所制得的纤维具有制备工艺简单高效、直径分布均匀可控、载硫量高等优点。

　　单纯依靠碳质材料不同孔结构的物理限域作用，不能完全限制多硫化物的穿梭效应，而金属氧化物二氧化钛对硫及多硫化锂有着优异的吸附作用，能在充放电循环过程中有效抑制多硫化物的穿梭效应，提高活性物质硫的利用率，增加锂硫电池的循环寿命。碳质材料的表面化学性质在很大程度上也影响着锂硫电池的电化学性能，通过碳质材料表面官能团化(如羟基化、羧基化、氨基化等)和异质原子(如氮、硫、磷、硼等)杂化处理，可以提高其与硫、多硫化物的相互作用。聚多巴胺作为一种高活性含氮大分子材料，碳化后转化为含氮的碳材料，其具有类似多层石墨烯的原子结构和导电性，在能源领域有着良好的应用前景。

二、实验步骤

步骤1：配制钛酸正丁酯/聚苯乙烯纺丝液：将1 .8g聚苯乙烯切片(生产厂家：J&KCHEMICA，牌号918904，分子量：250000)加入到5mL N ,N-二甲基甲酰胺中，将2 .1g钛酸正丁酯(生产厂家：国药集团化学试剂有限公司)加入到5mL N ,N-二甲基甲酰胺中得到聚苯乙烯溶液和钛酸正丁酯溶液，分别持续搅拌，混合均匀后配成纺丝液；

步骤2：静电纺丝法制备聚多巴胺部分包覆的二氧化钛前驱体/聚苯乙烯复合纤维：将所得的均一粘稠聚合物溶液进行静电纺丝，工艺参数为：纺丝正极电压设定为12 .5kV，负极电压设定为-1 .2kV，以多巴胺原位聚合反应浴(Tris盐酸的浓度为0 .01mol/L，盐酸多巴胺的浓度为0 .01mol/L，pH为8 .5)为接收装置，接收浴液面与针头间距离为10cm；

步骤3：将聚多巴胺部分包覆的二氧化钛前驱体/聚苯乙烯复合纤维在多巴胺原位聚合反应浴中继续浸泡进行反应24h，反应温度为80℃，得到聚多巴胺包覆的二氧化钛前驱体/聚苯乙烯复合纤维。

步骤4：将聚多巴胺包覆的二氧化钛前驱体/聚苯乙烯复合纤维在高纯氮气保护下在800℃进行高温碳化2h，制备得到多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维；将升华硫与多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维以质量比2:1混合均匀，在155℃反应24h，得到载硫多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维

三、表征

(1)SEM测试结果表明：本发明中所制备的多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维具有三维多孔的结构，纤维的直径约为1μm，适当的多巴胺浓度可以得到结构完整的多孔碳纳米纤维。

 (2)BET测试结果表明：多孔碳纳米纤维的高比表面积提高了硫的负载量，且能抑制体积膨胀以保持正极结构的完整性和稳定性。

(4)以0 .1C的电流密度在1 .7-2 .8V电压区间进行电池充放电测试，充放电曲线结果表明：载硫多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维所组装的锂硫电池显示了两个标准的放电平台，其首圈放电比容量为1430mA h g^-1，可见，多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维具有很高的比容量。由此说明，在具有三维网络结构的多孔二氧化钛/碳纳米复合纤维内部构建了高效的导电网络，具有更高的孔隙率以及更好的电解液浸润性，加快了充放电过程中的离子和电子传输速率。此外，其丰富的多孔结构可增加硫的负载量，抑制体积膨胀以保持正极结构的完整性和稳定性，同时二氧化钛纳米颗粒可吸附多硫化锂有效抑制其穿梭效应，从而显著提高其电化学性能。