新型硫醇-硫点击化学助力高性能锂-有机硫化物电池的开发

编辑推荐：为解决锂硫电池中多硫化物穿梭效应和容量衰减问题，兰州理工大学团队创新性地提出“硫醇-硫点击化学”合成方法，成功设计出新型含硫聚合物PDVTHS。该材料在锂-有机硫电池中展现出790.5 mAh g-1的高初始容量（理论值82.6%）和1000次循环仅0.063%的超低衰减率，为高稳定性硫基电极材料开发提供新思路。

　　研究背景与意义
传统锂硫（Li-S）电池因多硫化物溶解导致的“穿梭效应”和硫正极体积膨胀等问题严重制约其实际应用。虽然含硫聚合物（SCPs）作为正极材料可部分缓解这些问题，但现有合成方法多需高温条件且产物结构不可控。如何通过温和反应路径构建高性能SCPs成为领域内关键挑战。

研究方法与技术路线
兰州理工大学材料科学与工程学院团队提出碱催化硫醇与单质硫（S₈）的点击化学反应新机制，在室温下快速合成新型聚合物聚二乙烯硫醚六硫化物（PDVTHS）。通过FTIR、TOF-SIMS、XPS等技术表征材料结构，结合原位拉曼光谱和UV-vis追踪电化学反应路径，系统评估其在锂-有机硫电池中的电化学性能。

核心研究发现

1. 反应机制解析：首次定义“硫醇-硫点击化学”，阐明碱催化下硫醇阴离子对S₈环的亲核开环聚合过程，反应速率符合R_rxn=kK_eq([B]/[B⁺-H])[RSH][Sulfur]动力学方程。
2. 材料特性：PDVTHS呈现典型无定形聚合物特征（XRD宽峰），含80.069%硫元素（EA），热分解温度达268℃（TGA），S-S键（163.7 eV）和S-C键（162 eV）共存（XPS）。
3. 电化学行为：放电过程分两阶段（CV峰2.23/2.0 V），生成Li₂S和有机锂硫化物（Li-S-CH₂-S-CH₂-S-Li），原位拉曼证实473 cm^-1信号对应PDVTHS可逆重构。
4. 性能突破：0.05 C下实现790.5 mAh g^-1容量（理论值957.3 mAh g^-1），1000次循环容量保持率显著优于传统SCPs，归因于短链硫物种对穿梭效应的抑制。

研究启示
该工作不仅开创性地建立硫醇-硫点击化学新范式，更通过分子设计获得兼具高硫含量（C₄H₈S₇）和优异循环稳定性的PDVTHS材料。其温和合成条件（室温/碱催化）与可控硫链长度为后续SCPs开发提供普适性策略，推动锂-有机硫电池向实用化迈进。相关成果发表于《The Innovation》，为新能源材料领域注入创新活力。