近日，云南师范大学能源与环境科学学院生物质高效炼制与环境工程陈玉保教授团队在生物质碳材料应用于室温钠硫电池领域取得原创性成果。首次报道了以农业废弃物玉米秸秆为原料，采用气相法成功制备出高性能共价键储硫材料，显著提升了钠硫电池的循环寿命和能量密度。相关研究成果以“Corn-straw derived nitrogen and oxygen codoped carbon host for advanced sodium sulfur batteries by regulating the formation of C-S bonds”为题，发表于国际权威期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（中国科学院一区，影响因子9.4）。论文第一作者为学院2023级清洁能源技术专业硕士研究生高新鹏。学院陈玉保教授和胡鹏副教授为通讯作者。这一成果的发表将为秸秆综合利用提供重要的理论支持和实践指导。
传统钠硫电池受限于多硫化物的“穿梭效应”，导致容量快速衰减。研究团队创新性提出“以废治弊”策略：以玉米秸秆为原料，制备了一种自掺杂氮、氧原子的多孔碳材料，并通过蒸汽渗透法将其作为共价固定硫的载体。源自玉米秸秆的碳基质由于其固有的高纤维素含量而表现出对Na+离子传输的增强的导电性。NOC主体的分级多孔结构提供了足够的孔隙空间，以减轻电化学循环过程中的硫体积膨胀。通过X射线衍射、拉曼光谱和紫外-可见漫反射光谱、基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪等进行表征，表明成功制备了共价硫掺杂碳材料。共价键存在的硫有效地阻止了可溶性多硫化钠（Na2Sn）的形成，从而减轻了穿梭效应。此外，密度泛函理论计算表明，杂原子掺杂(N和O)在碳基质中诱导结构缺陷，这优化了电子密度分布并增强了与硫物种的化学键合能力，促进在掺杂剂位点附近形成C-S键。此外，作为阴极材料，它在0.1C时提供480 mAh g-1的高可逆容量，同时在1C下延长循环寿命超过1000次（每个循环的容量衰减率仅为0.03%）。这项工作为在先进的钠硫电池中利用生物质衍生的功能材料提供了一种可持续的方法，为环境保护和电化学储能提供了双重解决方案。
该成果为低成本、长寿命钠硫电池的开发开辟了新路径，也为农业废弃物高值化利用提供了重要参考。近年来，云南师范大学能源与环境科学学院聚焦“双碳”目标，在生物质能源转化与电化学储能领域持续发力。此次突破是学院“产学研用”深度融合的典型案例，是我院长期以来重视科研创新、加强人才培养的重要体现，彰显了学院青年人才培养的显著成效。学院院长表示：“我们将继续深化国际合作，推动成果转化，为全球能源转型贡献中国方案。”
未来，我院将继续秉持开放合作、创新发展的理念，进一步整合科研资源，提升科研实力，力争在更多领域取得突破性成果，为推动学科发展和社会进步作出更大贡献。
（生物质高效炼制与环境工程团队 胡鹏 供稿）
