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随着材料科学尤其是纳米材料和纳米技术研究的兴起,多孔碳材料不仅受到研究者的广泛关注,也在储能领域发挥着至关重要的作用。多孔碳材料具有大比表面积、大孔道体积、稳定的化学性质、高电导率等诸多优点,因此,可以将多孔碳材料当做导电骨架和储硫仓库,以解决硫电导率低并抑制多硫化物“穿梭效应”的问题。本文先以金属-有机骨架MOF-5为前驱体,制备了三种介孔碳多面体材料,优化了制备条件,研究了介孔碳/硫复合材料的电化学性能,分析了介孔在复合材料中的储硫固硫作用。为进一步提高碳材料的孔隙率和微孔含量,使用活化剂KOH制备了具有丰富微孔和介孔孔道结构的海绵状活性碳材料,研究了活性碳/硫复合材料的电化学性能和微孔结合介孔在复合材料中的物理吸附作用。再以葡萄糖为碳源,通过碳化、活化、掺杂过程制备了氮掺杂活性碳微球,研究了氮掺杂活性碳微球/硫复合材料的电化学性能和含氮官能团在复合材料中的化学吸附作用,本篇论文主要研究工作如下:(1)通过控制反应条件,使用溶剂热法合成了形状一致、分散均匀,边长为10μm的立方体状金属-有机骨架MOF-5,再以金属-有机骨架MOF-5为前驱体在不同温度煅烧制备了三种介孔碳材料,研究了温度对介孔碳的影响,再通过液相原位生长法,和高温熔融法将其与硫复合制备出三种介孔碳/硫复合材料,研究了复合材料的电化学性能,并分析了介孔在复合材料中的载硫固硫作用。结果表明,介孔碳材料中MCP-950拥有最大的比表面积1464.47 m2 g-1,最大的微孔体积0.0603 cm3 g-1,最小的平均孔径5.4497 nm,是三种介孔碳材料中最适合储硫固硫的碳骨架。复合材料MCP-950/S含硫量高达77.3 wt%,其首次放电比容量高达1196.7 mAh g-1,且在0.2 C循环50周后仍有763.9 mAh g-1,说明介孔碳材料MCP-950对锂硫电池的“穿梭效应”有一定程度抑制效果,才使得碳/硫复合材料循环稳定性有明显改善。(2)为进一步提高碳材料的间隙率,并研究丰富微孔结构所具有的物理吸附作用,选用介孔碳材料MCP-950为基体,使用KOH作为活化剂,制备了具有丰富微孔和介孔孔道结构的活性碳材料AMCP-950,通过渗硫制备了复合材料,研究了复合材料AMCP-950/S的电化学性能,分析了微孔物理吸附作用。结果表明,活性介孔碳AMCP-950比表面积高达2211.12 m2 g-1,孔体积为2.62 cm3 g-1,其丰富微孔结构能提供大量的碳硫接触位点和强大的物理吸附作用,放电时能抑制多硫化物的溶解,充电时能连接绝缘放电产物Li2S2和Li2S,其丰富的介孔结构能使碳骨架具有较强储硫能力,复合材料AMCP-950/S含硫量为79.0 wt%,其首次放电比容量高达1274.0 mAh g-1,并在0.2 C循环50周后,仍然保持有1040.9mAh g-1的容量,容量保持率为81.7%,库伦效率更超过95%。(3)为增强碳材料表面极性,增加纯碳材料所不具有的化学吸附作用,选用葡萄糖作为碳源,通过高温碳化、KOH活化、水热掺杂过程,制备了氮掺杂活性碳微球NAMCS,通过渗硫制备了复合材料,研究了复合材料NAMCS/S的电化学性能,分析了含氮官能团在复合材料中的化学吸附作用。结果表明,低温氮掺杂处理能最大程度地保证材料的高含氮量,NAMCS含氮量达到9.64 wt%,所含有的吡啶氮和吡咯氮在放电过程中能有效地形成LiSnLi+-N键,使多硫化物固定在碳骨架上,以抑制“穿梭效应”的产生,同时结合丰富的微孔,具有高效地离子扩散和电子转移等优点,复合材料拥有出色的循环稳定性和大电流放电能力。复合材料NAMCS/S含硫量高达64.42 wt%,首次放电比容量为1004.0 mAh g-1,在0.1 C 100周循环后,放电比容量仍有794.4 mAh g-1,容量保持率高达79.1%,相较于未掺杂的复合材料,其循环稳定性有明显地提升。