柏林工业大学Yan Lu教授与Arne Thomas教授团队开发出一种基于自由基阳离子共价有机骨架(COF)的新型材料，可显著提升锂硫电池的容量和循环稳定性。该研究成果已在《美国化学会志》发表。

锂硫电池因其高理论能量密度受到关注，但多硫化物的溶解和穿梭效应导致容量衰减较快。新型COF材料具有开放的孔隙结构，能够有效捕获多硫化物并催化其转化反应。研究团队设计出由四硫富瓦烯单元([TTF]₂•⁺)与三硫化物自由基阴离子(S₃•⁻)通过苯并噻唑连接构成的R-TTF•⁺-COF材料。

Yan Lu教授表示：“未配对电子在COF材料的微孔/中孔中发挥关键作用，有助于形成离域π轨道，促进层间电荷转移，从而增强催化性能。”团队通过固态核磁共振、电子自旋共振谱及BESSY II同步辐射中心的原位X射线断层扫描等多种手段，分析了材料的结构与反应机制。

博士生曹思嘉指出：“研究表明自由基阳离子[TTF]₂•⁺作为催化中心，可有效结合多硫化物并促进硫-硫键的断裂与重组。”实验表明，采用该材料的锂硫电池循环寿命超过1500次，每次循环容量损失仅0.027%，性能表现优于现有多数COF材料及有机催化剂。

该研究为锂硫电池提供了新的材料设计思路，展现出自由基骨架结构在电化学储能领域的应用潜力。Arne Thomas教授表示：“此类材料在电子性质和催化活性方面仍存在进一步优化的空间，未来可通过调整自由基分子结构实现更高性能。”

更多信息： Sijia Cao 等，《一种自由基-阳离子共价有机框架，加速多硫化物转化，打造长效锂硫电池》，《美国化学会志》 (2025)。期刊信息： 美国化学会志