浙大周建仓/夏新辉/张玲洁AM：首次实现！生物自组装多功能碳纤维用于锂硫电池！

自然界最奇妙的一个方面是，许多材料都是通过自组装形成的，这是一种通过自发过程将大分子、胶体和纳米级单体聚集成高度复杂的三维结构的现象。对于人类而言，开发简便、可控的自组装宏观材料的合成方法仍然是一个巨大的挑战，尤其是对于厘米级的碳材料。

浙江大学周建仓、夏新辉、张玲洁等首次提出了一种新颖且简便的生物自组装技术，可大规模制备多功能根霉菌丝碳纤维（RHCF）及其衍生物，以用于电化学储能。

图1 根霉菌丝球的制备及RHCF的表征

通过转化根霉菌丝成功制备了交联中空碳纤维，并进一步实现了由中空RHCF组成的厘米级碳球的宏观生产。RHCF呈现3D互连的空心碳网络，并显示出增强的电子转移速率和出色的机械稳定性。

此外，RHCF可以作为主体材料与金属氧化物(CoO)和S、锂金属和聚丙烯(PP)隔膜结合，分别形成新的RHCF/CoO-S正极、RHCF/Li负极和RHCF/PP隔膜，以用作锂硫电池(LSBs)的正极、负极和隔膜。

图2 RHCF/金属氧化物复合材料的制备及表征

对于正极侧，杂原子（N，P）、修饰的CoO纳米颗粒和多孔3D结构的综合作用可增强对多硫化物的物理和化学吸附并为转化反应提供催化作用。合成的 RHCF/PP隔膜可以加速电子转移途径，阻碍多硫化物的穿梭，并作为第二个集流体来捕获和再利用活性材料。

在负极侧，作为稳定支架的RHCF可以为均匀的锂沉积/剥离提供丰富的锂成核位点，并在电化学过程中稳定锂和电解液之间的界面。RHCF材料的使用可以在各个方面优化氧化还原反应，实现具有优异循环容量和高倍率容量的LSBs。

这项工作提出的方法为微生物组装碳材料的制备打开了一扇新的大门，并验证了它们在储能领域的潜在应用价值。

图3 锂硫电池性能

Multifunctional Hyphae Carbon Powering Lithium Sulfur Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202107415

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