暂时合流的商用Li离子电池存在能量密度小、哄骗寿命短和平安性差等弱点，是以没法满意来日电动汽车、便携式电子设立和大范围智能电网等的疾速进展需要。理论上猜测Li-S电池由于具备超高的能量密度（Whkg-1）、原材料品貌很高、处境和睦、成本低和便携手腕强等好处，是以被认为是一种特别具备进展前程的新一代电池。但是，Li-S电池其遭到电化学反映中多硫化物的分散和氧化复原反映速度慢慢等弱点的影响，却一贯没法管理比电容低、充放电速度慢慢、充放电轮回特点差以及电化学特点衰放慢度快等困难。具备面内共价键和层间范德瓦尔斯力并占有高的表体比和奇特的物化性质的二维纳米材料很大概管理Li-S电池的上述困难。做为由B元素所造成的最轻的单质二维狄拉克材料，理论钻研讲明硼墨烯（borophene）不单具备金属型电导率、高杨氏模量、精良的物化不乱性和高度的各向异性性等好处，况且其表面还具备高的锂离子迁徙率且关于多硫化物极强的束缚手腕，以是很大概成为一种高效提拔Li-S电池本能的抱负电极材料。不过直至暂时为止，由于二维自如硼墨烯单晶材料的批量化制备技能照样不足，是以以硼墨烯为电极的Li-S电池的电化学特点钻研在尝试上迟迟未能开展，这对国表里的钻研者提议了极大的挑战。指日，中山大学刘飞教讲课题组与华夏科学院大连化学物理钻研所吴忠帅教讲课题组、杨冰教讲课题组以及山西大学的李思殿教讲课题组协做，操纵低温液相剥离法胜利实行了高原料少层自如硼墨烯单晶纳米片的批量制备，况且领先操纵自如硼墨烯和碳纳米管复合造成的薄膜做为Li-S电池的对电极和劳动电极，系统钻研了其电化学特点及其物理机制。做家操纵所进展的低温液相剥离技能，将晶化的硼粉做为原材料，经过取舍适宜的溶剂（NMP），一步胜利制备出数十mg量级的二维少层自如硼墨烯纳米片。所制备的二维硼墨烯纳米片的平衡平面尺寸为3μm，平衡厚度小于5nm，平衡原子层数低于10。连接HRTEM了局和DFT理论模子，能够确认是少层自如硼墨烯纳米片是一种高原料的β12-borophene单晶机关。料到二维硼墨烯的成长机制是源于超声帮助的插层解离以及随后的表面重构。同时，尝试钻研还讲明低温液相剥离法所制备的二维β12相硼墨烯具备精良的处境不乱性，假使空气中的积存工夫超越2个月，其化学相照样坚持固定。该文章发布在国际着名期刊ACSNano上，林浩坚、石浩东和王震为本文的联合第一做家。图1.少层硼墨烯纳米片合成工艺及表征。（a）合成工艺过程示企图；（b）硼墨烯纳米片消融在NMP溶剂中什物相片；（c）少层硼墨烯纳米片的电子显微镜图片；（d）硼墨烯纳米片的原子力显微镜图片；（e）硼墨烯的XPS谱；（f）硼粉和硼墨烯纳米片的相比拉曼光谱。图2.少层硼墨烯纳米片表面机关表征。（a）硼墨烯纳米片的TEM图象，其插图为少层硼烯纳米片的截面TEM图象；（b）少层硼墨烯纳米片的HRTEM图象；（c）少层-borophene机关的理论模子；（d）少层硼墨烯纳米片的声子色散弧线和态密度谱（PhDOS）；（e）少层硼墨烯纳米片的HAADF-STEM图象；（f-h）B、O和C原子对应的EDSmapping图象。随后，做家离别将少层硼墨烯/碳纳米管复合薄膜和纯碳纳米管薄膜分为做为电极，并在Ar气庇护下封装在CR-钮扣电池中，相比测试它们的电化学本能。钻研了局讲明：与纯碳纳米管薄膜做为电极的Li-S电池相相比，以少层硼墨烯/碳纳米管薄膜为电极的Li-S电池的在能量密度、充放电速度、轮回不乱性和库伦效率等方方面面都获患了极大的提拔。以硼墨烯/碳纳米管薄膜为电极的Li-S电池呈现出特别高的面积容量（5.2mAhcm-2
7.8mgcm-2），超快的充放电速度（mAhg-18C），况且具备精良的轮回劳动特点呈现（电池容量的精良平衡衰减率呈现低于0.%7.8mgcm-2轮回次）。钻研中操纵硼墨烯所制备的Li-S电池的电化学本能要优于许多2D材料基的Li-S电池和其余商用Li电池，这讲明少层自如硼墨烯来日很有潜力成为Li-S电池的抱负电极材料。图3.硼墨烯纳米片对多硫化合物的电催化活性测试表征。（a）对以纯CNT和CNT/B做为电极离别在2.05V前提下停止Li2S8/tetraglyme溶液恒电位放电测试；（b）对以CNT和CNT/B做为电极离别在2.05V前提下停止L2S溶液恒电位充电测试；（c）对CNT和CNT/B电池在5mVs-1前提下停止Li2S8对称电池CV弧线测试；（e）对应（c）图中CNT和CNT/B电池氧化峰的菲特尔图；（f）CNT和CNT/B为电极Li-S电池的奈奎斯特图。图4.以CNT和CNT/B为电极Li-S电池的电化学本能表征。（a）以CNT/B为电极Li-S电池在扫描速度为0.1mVs-1的CV弧线；（b）以CNT/B为电极Li-S电池在不同速度下的恒电流充放电弧线；（c）以CNT和CNT/B为电极Li-S电池的充放电速度本能；（d）CNT和CNT/B为电极Li-S电池在0.5C下恒电流充放电弧线；（e）CNT和CNT/B为电极Li-S电池在0.5C前提下轮回不乱性和库伦效率测试；（f）CNT/B为电极Li-S电池在0.3C下5.3和7.8mgcm-2高硫负载的轮回特点弧线；（g）CNT和CNT/B为电极Li-S电池在5C前提下长周期性轮回不乱性和库伦效率测试。末了，做家操纵DFT理论计划了多硫化物在单层硼墨烯表面的吸附能来声明硼墨烯关于Li-S电池电化学本能的极大提拔影响。计划了局讲明：多硫化物在单层硼墨烯表面的吸附能(3.8eV)要远远高于其在碳纳米管表面的吸附能(1eV)，这讲明β12-borophene表面关于多硫化物起到更好的钉扎影响并有用地抵御多硫化物在硼墨烯层间的穿越效应。更要紧的是，由于β12-borophene和Li2S4团簇之间存在0.22e的电子转变而造成了激烈的共价键，是以平面内Li+在硼墨烯表面的分散势垒(0.1eV)也要远小于在碳纳米管表面的分散势垒(0.28eV)，是以硼墨烯平面内的Li+的迁徙率要远高于碳纳米管表面Li+的迁徙率的升高将进一步加快Li2Sn的成核和分解速度。在这类情景下，操纵少层硼墨烯/碳纳米管电极所制备的Li-S电池呈现出了格外精良的电化学特点。该钻研报导可认为操纵二维硼墨烯纳米材料来研发高本能、可疾速充放电的Li-S电池供给了有利的参考。图5.对CNT/B电极Li-S电池的理论剖析。（a）优化S8和Li2Sn（n=1,2,4,6,8）吸附在单层硼墨烯纳米片上的机关示企图；（b）相比Li2Sn在单层硼墨烯和CNT上的吸附能；（c，d）Li2S4在硼墨烯纳米片上的部份态密度(PDOS)和电荷密度散布；（e）Li+在硼墨烯纳米片上的分散势垒。H.L.;H.S.;Z.W.et.al,ScalableProductionofFreestandingFew-Layerβ12-BoropheneSingleCrystallineSheetsasEfficientElectrocatalystsforLithium?SulfurBatteries,ACSNano,,