中國粉體網訊 信息化時代什么最重要？方便、快捷。便攜式電子設備如何變得更輕更薄，當下勢頭正旺的新能源汽車如何在有限的體積內實現更長的續航？答案是讓二次電池變得更小。納米技術可以使電池“更輕”、“更快”，但由于納米材料較低的密度，“更小”成為此研究領域的一個難以突破的問題。國家杰出青年科學基金獲得者、天津大學化工學院楊全紅教授研究團隊提出“硫模板法”，通過對高體積能量密度鋰離子電池負極材料的設計，最終完成石墨烯對活性顆粒包裹的“量體裁衣”，使鋰離子電池變得“更小”成為可能。該成果1月26日在線發表在《Nature Communications》（2018, 9, 402）上。
納米材料由于其本身具有一些特殊的物理化學性質，但是這些性質可能與實際應用不匹配，所以研究人員一直致力于對其組成、結構、形貌、尺寸、取向等方面進行控制，以使得制備出的材料具備各種預期的或特殊的物理化學性質。模板法是近年來備受矚目的一種制備納米材料的方法。該方法基于模板的空間限域作用實現對合成納米材料的大小、形貌、結構等的控制。
由于模板法合成納米材料相比于其他方法有如下顯著的優點：
（1）模板法合成納米材料具有相當的靈活性。
（2）實驗裝置簡單，操作條件溫和。
（3）能夠精確控制納米材料的尺寸、形貌和結構。
（4）能夠防止納米材料團聚現象的發生，從而引起了廣泛的關注。
石墨作為鋰離子電池的電極材料，有比容低，衰減較快等缺點，錫、硅等非碳材料可以大幅提高鋰離子電池的質量能量密度（Wh kg-1）和循環性能。但其巨大的體積膨脹嚴重限制了其體積性能優勢的發揮。碳納米材料構建的碳籠結構可以有效解決非碳負極材料嵌鋰時巨大體積膨脹問題，但在解決體積膨脹問題的同時又會引入過多預留空間，導致電極材料的密度大幅降低，限制了鋰離子電池負極體積性能的發揮。
硫模板法精確設計石墨烯碳籠結構
楊全紅教授研究團隊聯合清華大學、國家納米中心和日本國立材料研究所的合作者在最新的研究中有效地解決了這一問題。基于石墨烯界面組裝，發明了對致密多孔碳籠精確定制的硫模板技術。他們將非晶形硫和SnO2納米顆粒包埋在還原的氧化石墨烯水凝膠中，然后采用毛細蒸發技術來消除空隙，形成緊密的石墨烯網絡。除硫后，仍留有緩沖空間，生成一種可使SnO2完全膨脹的材料。通過簡單地控制硫的量來確定可用的緩沖空間，實現對非碳活性顆粒大小“合身”的包覆。這種方式適用于任何其他非碳陽極材料，并且在以碳籠結構作為電化學反應框架的能量存儲裝置中，是低體積能量密度的理想補救，而不是僅限于鋰離子電池。
