中空碳球由于良好的导电性、高的比表面积、可调的孔结构和低的密度，是高载量硫宿主材料的理想之选。目前，中空碳球主要由模板法制得，过程复杂且试剂有害。该团队提供了一种基于自牺牲模板法合成N/O杂原子双掺杂的中空碳微球的合成方案。采用微米级的球形碳氮聚合物(g-C3N4)作为自牺牲模板和富氮的前驱体，在外层包覆PDA，通过简单的高温碳化方法去除内层的碳氮聚合物模板，同时外部PDA碳化为多孔纳米片，从而得到N/O杂原子双掺杂的中空碳微球(HCMs)。HCMs有着大量多孔纳米片组成的壳，具有高的比表面积(873 m2/g)和孔容(4.84 cm3/g)，其N和O含量可达5.36和6.99 atom%。得到的HCMs-S电极由于其物理限制效应、亲锂吸附和催化转化等优点，在2C大倍率下的可逆容量约为900 mAh/g，900次循环后的保留容量约为530 mAh/g。即使在高硫含量(90%)和载量(4.84 mg/cm2)的条件下，也得到了700 mAh/g的优异可逆容量。长期高倍率的循环不影响正极端纳米结构Li2S的均匀沉积，负极端的锂沉积也没有枝晶生成。该工作开发了一种可实现微米级C-S颗粒和高载量锂硫电池的简便方法，其碳宿主微结构以二维结构单元自组装成的三维骨架为特征，具有丰富的内部连通的质量/电荷传输通道。相关成果发表于Energy Storage Materials(2019, DOI: 10.1016/j.ensm.2019.06.009)上。
二维层状多孔碳具有比表面积大、导电性好以及催化活性位点易铺展调控等优点，可以有效地负载硫分子，减缓硫电极的体积膨胀效应，加快电子和离子传输，而且二维层状结构也可以增加多硫化物与催化活性位点的接触。该团队使用MgCl2·6H2O同时作为高温溶剂和造孔剂，其在900 ℃高温碳化富氮的生物质腺嘌呤(Adenine)时起到交联模板作用，且辅以少量的CoCl2·6H2O掺杂，最后得到共掺杂Co/N作为双亲锂-亲硫位的二维层状结构交织的石墨化多孔碳(Co-CNCs)，其具有褶皱的整体形貌特征。受益于其丰富的层间体积、稳定的石墨化结构、均布的化学吸附位和电催化活性位点，S@Co-CNCs在0.2C的初始容量为1290.4 mAh/g，在大倍率为2C时可稳定循环至少600圈，且具有极小的每圈循环衰减率(0.029 %)，其倍率性能测试可容忍20C的超高倍率。另外，即使在92.33 wt%的超高硫含量时，H-S@Co-CNCs电极能在5 μl/mg的极低E/S(电解液体积/硫质量)比下稳定倍率循环;H-S@Co-CNCs在9.7 mg/cm2的高面积载量下，以6 mAh/cm2的面容量可稳定循环至少100圈。该复合正极可在大倍率长时间循环下仍然维持完整的初始形貌，实现均匀的S/Li2S 电沉积，而且该锂硫电池的负极无明显枝晶形成。相关成果发表于ACS Nano(2019, 13, 9520-9532)上。
