DOI: 10.1016/j.ceramint.2021.05.261

锂硫（Li-S）电池具有较高的理论能量密度和较低的生产成本，有望成为下一代高容量储能器件。即便如此，多硫化物穿梭、绝缘和硫体积膨胀阻碍了其商业化进程。为了抑制这些问题，研究者采用静电纺丝和自模板法构建了C/Co9S8杂化多面体修饰碳纳米纤维（表示为C/Co9S8-C@S纤维）作为硫主体。准金属极性Co9S8能够很强地结合并锁定多硫化物，空心多面体提供了硫储存空间。此外，整个纳米纤维形成了一个相互连接的导电网络，有助于Li+/e-的传输，并在一定程度上抑制了硫相的逸出。与C/Co9S8多面体和碳纳米纤维相比，C/Co9S8-C@S纤维对多硫化物具有出色的吸附特性。作为锂硫电池正极，C/Co9S8-C@S纤维（硫含量：87.20wt％）在0.1C时的初始比容量为1013.7mAh/g，150次循环后的稳定容量为694.9mAh/g。此外，它在1C下显示出894.7mAh/g的高比容量，在500次循环中每个循环的容量衰减约为0.116％。

图1.（a）C/Co9S8-C@S纤维的合成步骤示意图，（b）C/Co9S8-C@S纤维氧化还原为多硫化物的示意图。

图2.（a）PAN纤维、（b）ZIF-67、（c）ZIF-67/PAN纤维、（d）溶剂热产物、（e,f）C/Co9S8-C纤维和（g）C/Co9S8-C@S纤维的SEM图像。（h）C/Co9S8-C@S的EDS谱。

图3（a）ZIF-67、ZIF-67/PAN纤维，（b）水热纤维、C/Co9S8-C纤维、C/Co9S8-C@S纤维和硫的XRD谱，（c）C/Co9S8-C@S纤维和单个C/Co9S8@S多面体的TGA曲线，以及（d）C/Co9S8-C纤维的孔径分布（插图：N2吸附/解吸等温线）。

图4.（a）C/Co9S8-C@S的XPS全扫描光谱，C/Co9S8-C@S的高分辨率（b）C1s，（c）S2p，和（d）Co2p XPS光谱。

图5.（a）C/Co9S8-C@S纤维的TEM图像。（b）C/Co9S8中空结构，（c）C/Co9S8-C@S纤维中Co9S8和S纳米晶体的HRTEM图像。（d）C/Co9S8-C@S的SAED图谱。

图6.（a）硫，（b）C/Co9S8-C@S纤维的CV曲线。（c）第1至第4（0.1C）、（d）S、C纤维、C/Co9S8@S多面体和C/Co9S8-C@S纤维的充放电曲线。

图7.（a）C/Co9S8-C@S纤维、C/Co9S8@S多面体、C@S纤维和硫正极的倍率性能。（b）C/Co9S8-C@S正极在不同倍率下的充放电曲线。（c）C纤维、C/Co9S8@S多面体和C/Co9S8-C@S纤维复合材料的EIS光谱。（d）不含硫的纯C/Co9S8-C纤维复合电极的循环能力。

图8.C/Co9S8-C@S纤维、C/Co9S8@S多面体、C@S纤维和硫正极在0.1C时的循环能力和库仑效率。

图9.（a）C/Co9S8-C@S纤维复合材料在1C下的循环性能和库仑效率。（b）C/Co9S8-C@S纤维复合材料和C@S纤维在2C下的循环性能和库仑效率。（c）C/Co9S8-C@S纤维的SEM图像。

图10.含有不同主体材料的Li2S6上清液的UV-vis光谱。插图：每个样品的数码照片。