路丙毅，賈 超，江國防，趙 新

(1. 湖南大學化學化工學院，湖南 長沙 410082) (2. 中國科學院上海有機化學研究所 中國科學院有機功能分子合成與組裝重點實驗室，上海 200032)

1 前 言

全球能源危機和環(huán)境問題推動了低碳排放的高效儲能設備的發(fā)展，開發(fā)新的電化學儲能器件迫在眉睫[1-3]。鋰硫電池是以硫單質為正極、金屬鋰為負極的一種電池體系，由于硫在地殼中儲量豐富，價格低廉、環(huán)境友好，且鋰硫電池具有高的理論比容量(1675 mAh·g-1)和能量密度(2600 Wh·kg-1)，因此被譽為最有前途的二次電池候選者之一[4-8]。鋰硫電池的工作過程是基于多步反應的工作原理[9, 10]，在放電過程發(fā)生的電化學反應大致可以分為3個階段：第一階段，單質硫分子(S8)得到電子，生成長鏈的可溶于醚類電解液的帶負電的Sx2-(4≤x≤8)陰離子；第二階段，以S42-形式存在的多硫化物得到電子，生成不溶的Li2S2；第三階段，Li2S2進一步得到電子轉化成不溶的Li2S。充電過程與之相反，短鏈的多硫化鋰被氧化成可溶的長鏈多硫化鋰，最終生成單質硫。鋰硫電池存在的一些問題阻礙著其進一步的商業(yè)化應用[11, 12]，主要在于：① 硫單質及其放電產物的電導率都非常低，使得硫單質不能充分反應，從而導致鋰硫電池正極的硫利用率低和倍率性能降低；② 由于硫和硫化鋰的密度分別為2.03 g·cm-3和1.66 g·cm-3，在放電過程中會發(fā)生大約80%的體積膨脹，容易造成鋰硫電池正極結構的不穩(wěn)定，從而影響其循環(huán)穩(wěn)定性；③ 硫單質在放電過程中生成的多硫化物易溶于電解液，并通過濃差作用穿過隔膜到達鋰金屬負極，隨著反應的進行，多硫化物通過濃差和電場的作用重新回到正極，該過程循環(huán)往復，形成了所謂的“穿梭效應”，造成電池庫侖效率低和容量損失快；③ 在鋰負極上形成的鋰枝晶會引起嚴重的安全問題。近年來，相關領域的研究者已經發(fā)展了多種策略來解決鋰硫電池存在的問題，以加速鋰硫電池邁向實際應用的進程，其中通過多孔結構主體構建的復合電極材料是一個很有希望的方法[13, 14]。多孔結構的電極材料具有多方面的優(yōu)勢，例如：有利于Li+的傳輸、對充放電過程中的多硫化物有物理限域作用、對電極體積的變化具有一定的緩沖作用等[15]。同時，基于對多孔骨架材料的相間層研究發(fā)現，多孔結構的電極材料也可以促進均勻的鋰離子通量和適應電池使役過程中引起的機械變形，這將有助于延長鋰負極的壽命[16, 17]。

新的電化學儲能器件的開發(fā)對能源領域具有重要的意義。電極材料是電化學儲能器件的重要組成部分，近年來，發(fā)展新型電極材料一直是儲能研究的前沿領域之一。COFs因其獨特的結構特點，被認為是一種非常有應用潛力的電極材料[14， 30]。COFs在鋰硫電池中的應用具有很大的優(yōu)勢，主要來自于以下幾個方面：① COFs低的密度可以降低對電池能量密度的影響；② COFs大的比表面積和高的孔隙率不僅有助于活性材料硫的負載，而且對多硫化鋰也有物理限域作用；③ COFs具有靈活的可設計性和豐富的單體來源，可以根據需要設計不同結構的電極材料；④ COFs具有明確的結構，這為研究COFs結構與電池性能之間的關系提供了很好的平臺；⑤ COFs具有良好的熱及化學穩(wěn)定性，不溶于常見的溶劑，這能夠確保其在電解液中穩(wěn)定存在。

本文主要綜述COFs在鋰硫電池的正極、隔膜和負極中的應用，并對該領域未來的發(fā)展進行展望。

2 COFs在鋰硫電池中的應用

2.1 COFs作為鋰硫電池的正極材料

鋰硫電池在充放電過程中產生的多硫化鋰在電解液中溶解和穿梭，將直接引起電池的循環(huán)壽命縮短和不可逆的容量損失，該問題極大地制約了鋰硫電池走向實際應用。為了獲得高性能的鋰硫電池，高效的正極材料的獲得顯得尤為重要[31]?；贑OFs材料自身的結構獨特性，相關領域研究者將COFs引入鋰硫電池的研究中發(fā)現，COFs比較適合作為鋰硫電池的正極材料。

2.1.1 不同框架結構的COFs正極材料

在2014年，Wang課題組[32]首次將COFs材料用作鋰硫電池中單質硫的載體材料，將CTF-1與硫單質以質量比3∶2進行混合，并在155 ℃下熱處理15 h，得到復合材料CTF-1/S@155 ℃。熱重分析結果顯示，該復合材料中硫的負載量約為34%(質量分數，下同)。隨后將其用作鋰硫電池的正極材料進行研究，結果表明，CTF-1的納米孔道能夠有效緩解多硫化物的溶解和穿梭，在0.1C的倍率下循環(huán)50圈后，仍具有64%的容量保持率。這項工作拓寬了COFs材料在能源方面的應用。

2016年，Wang課題組[33]基于卟啉構筑單元，通過溶劑熱法合成了具有微孔結構的COFs材料Por-COF，并通過熔融擴散的方法制備了硫含量為55%的復合材料Por-COF/S(圖1)。該復合材料被用作鋰硫電池的正極材料，在0.5C的倍率下，循環(huán)200圈后比容量仍保持在633 mAh·g-1，其每一圈的容量衰減率為0.16%。2018年，該課題組[34]利用1,3,6,8-四(4-氨基苯基)芘和對苯二甲醛在溶劑熱的條件下合成了Py-COF，該材料的孔徑為2.1 nm(圖2a)。將Py-COF和硫以質量比為30∶70進行混合，并在155 ℃下進行熱處理制得Py-COF/S復合材料，硫的負載量為70%。該復合材料在5.0C的倍率下循環(huán)550圈后，容量的保持率為73.8%，每一圈的容量衰減率為0.048%。2020年，作者課題組[35]利用具有大的拓展π共軛體系的芳香四醛(ETTCA)單體與四苯乙烯四胺(ETTA)單體在溶劑熱的條件下縮聚，得到一種新的COF材料(COF-ETTA-ETTCA)。以該COF為負載材料進行單質硫的負載，獲得了硫負載量為88.4%的復合材料(COF-ETTA-ETTCA-S)，并將該復合材料用作鋰硫電池的正極進行研究(圖2b)。實驗結果表明，基于COF-ETTA-ETTCA-S的正極材料在0.1C的倍率下，表現出1617 mAh·g-1的比容量，接近其理論比容量；并且在0.5C的倍率下循環(huán)528圈后，仍能夠保持較高容量，每一圈的容量衰減率為0.077%。這些研究表明，COFs結構的有效設計不僅可以提高活性材料硫的負載量，同時也明顯提高了鋰硫電池的電化學性能。

圖1 具有微孔結構的共價有機框架材料Por-COF的制備(a);Por-COF/S復合材料的合成及充放電過程示意圖(b)[33]Fig.1 Schematic diagram of the synthesis of Por-COF (a); preparation of Por-COF/S composites and their discharge/charge process (b)[33]

圖2 Py-COF和Py-COF/S復合材料的合成以及放電/充電過程的示意圖(a)[34]； COF-ETTA-ETTCA和COF-ETTA-ETTCA-S的制備(b)[35]Fig.2 Schematic diagram of the synthesis of Py-COF and Py-COF/S composites and the discharge/charge process (a)[34]; preparation of COF-ETTA-ETTCA and COF-ETTA-ETTCA-S (b)[35]

在鋰硫電池的充放電過程中，通過物理限域作用抑制多硫化物的穿梭相對較弱，尤其是經過長時間的充放電循環(huán)之后，多硫化物很容易脫離電極材料，在電池的正負極之間進行穿梭，從而影響電池的性能。COFs材料強的預設計性，為設計不同活性的硫載體材料提供了良好的條件。2016年，Tang課題組[36]利用硼酸酯鍵連接的COF材料(COF-1)作為鋰硫電池中硫的載體材料，硫的負載量為40%(COF-1/S)。將COF-1/S用作鋰硫電池的正極材料，研究發(fā)現，在0.5C的倍率下其初始比容量可以達到1032 mAh·g-1，經過200圈的循環(huán)之后比容量保持在770 mAh·g-1，每一圈的比容量衰減率為0.13%(圖3a和3b)。XPS實驗進一步證明了COF-1中缺電子的硼元素與多硫化物之間的相互作用能夠有效抑制多硫化物的穿梭，從而使電極展現出了優(yōu)異的電化學性能。2018年，Wang課題組[37]通過利用單一構筑基元自縮合的方法合成了包含三嗪和環(huán)硼氧烷單元的共價有機骨架(TB-COF)。該COF用作鋰硫電池的正極材料時，其結構中的三嗪單元通過親鋰相互作用可以化學吸收鋰離子，而環(huán)硼氧烷單元可以通過親硫相互作用捕獲多硫化鋰，從而將多硫化鋰固定在正極側，能夠抑制其穿梭效應，光譜研究和理論計算進一步闡明了這一作用。因此，以TB-COF/S作為電極材料組裝的鋰硫電池在1.0C的倍率下，經過800圈的循環(huán)后可逆比容量仍高達663 mAh·g-1，每個循環(huán)的容量衰減率僅為0.023%。

MXene是一類二維(2D)層狀過渡金屬碳化物或碳氮化物，具有高的電導率和豐富的末端金屬位點，已被用作鋰硫電池中的正極主體材料。然而，二維分層的MXene通常具有無孔的平面結構，這會導致材料的離子擴散動力學差和硫負載量低。2020年，Yang課題組[38]通過在Ti3C2MXene納米片(TNS)上生長層狀共價三嗪骨架(CTF)合成了二維異質結構，并將其用作鋰硫電池中硫的載體材料(圖3c)。具有有序孔結構的有機CTF和具有高導電性的無機TNS賦予異質結構三維空間限域作用，從而實現高的硫負載和有效的電子/離子傳輸以改善反應動力學。CTF中的親鋰N位和TNS中的親硫Ti位使得多硫化物通過化學作用被錨定，其穿梭效應被有效抑制。S@CTF/TNS正極具有76%的高硫負載量，顯示出了高的可逆比容量(0.2C時為1441 mAh·g-1)、出色的循環(huán)穩(wěn)定性(1.0C的倍率下，經過1000次循環(huán)，每個周期的容量衰減率為 0.014%)和倍率能力。值得注意的是，當活性物質的面載量為5.6 mg·cm-2時，在經過100次循環(huán)后仍可獲得94%的容量保持率。

圖3 N和B摻雜的COFs的化學結構和合成示意圖(a)，COF-1/S復合陰極在0.5C倍率下的循環(huán)穩(wěn)定性測試(b)[36]；2D CTF/TNS和S@CTF/TNS的合成過程示意圖(c)[38]Fig.3 Schematic illustration of synthesis and chemical structure of N and B doped COFs (a), cycle stability test of COF-1/S composite cathode at 0.5C (b)[36]; schematic illustration of the of the 2D CTF/TNS and the S@CTF/TNS (c)[38]

雖然COFs被認為是一種有很大潛力的下一代儲能設備(如鋰硫電池)電極材料，然而現有的COFs材料大多為微晶粉末，結構緊密，導致離子擴散緩慢，活性位點利用率不足或活性材料負載有限，限制了其實際應用。2018年，Yu等[39]合成了三維(3D)的COF納米片(COF-MF)，該材料不僅縮短了離子傳輸距離，將傳統(tǒng)COF中以擴散為主的氧化還原過程轉變?yōu)殡姾赊D移控制過程，而且也使大部分卟啉活性位點暴露在每個納米片的表面區(qū)域，大幅提高了其對多硫化物的化學吸附作用，同時在高活性材料負載下實現活性位點的有效利用(圖4)。將COF-MF作為鋰硫電池中硫的載體材料，電池即使在高硫負載量下也展現出了高的比容量、出色的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在1.0C的高倍率下，COF-MF@S-60%正極表現出高達862 mAh·g-1的初始比容量，并且在1000次循環(huán)的過程中每個循環(huán)的容量衰減率僅有0.047%；當增加硫的含量為70%時，COF-MF@S-70%正極在1.0C的倍率下經過1000次循環(huán)，每一圈的容量衰減率為0.075%，明顯優(yōu)于緊密堆積的COF本體材料以及眾多已報道的多孔聚合物。此外，Yu等還通過實驗和理論研究闡明了卟啉單元在賦予該電池優(yōu)異性能中的作用。

圖4 COF-MF的制備示意圖[39]Fig.4 Schematic illustration of the preparation of COF-MF[39]

2.1.2 COFs孔道修飾提高正極材料性能

COFs作為硫的載體材料，在大多數研究中硫是通過物理封裝捕獲的，此情況下硫和主體材料之間缺乏強的相互作用，因此很難有效抑制多硫化物的穿梭。2018年，Chen課題組[40]通過后合成策略對含有乙烯基的COF-V進行逆硫化，COF-V孔道中的乙烯基可以通過熱活化自由基聚合將硫接枝到COF-V的骨架上，對硫的化學包結和物理包結協(xié)同作用大大增強了對多硫化物穿梭的抑制，從而提高了硫正極的電化學性能(圖5a)。S-COF-V正極在0.2C的倍率下初始比容量為1400 mAh·g-1，在1.0C的倍率下經過1000次的循環(huán)后，其比容量仍能保持在較高水平，每個循環(huán)周期的比容量衰減率為0.057%，這一結果為開發(fā)鋰硫電池的高效正極材料提供了一種新的方法。同年，Zhang等[41]在合成高氟含量COF結構的基礎上，通過單質硫的物理吸附以及硫和氟之間的SNAr反應得到了硫功能化的COF-F-S材料。以COF-F-S為正極材料組裝的鋰硫電池在0.1C的倍率下可以表現出1120 mAh·g-1的初始放電比容量，并且研究發(fā)現所得的COF-F-S的電化學活性和動力學性能優(yōu)于其對應的無定形POP-F-S材料。2019年，Jiang等[42]基于亞胺鍵連接的TFPPy-ETTA-COF高溫下觸發(fā)硫聚合形成多硫化物鏈并將它們通過共價鍵錨定在孔道壁上(圖5b)。以所得含硫COF作為正極材料組裝的鋰硫電池不僅有效抑制了穿梭效應，加速了氧化還原動力學和電極材料的活性，而且促進了離子傳輸，改善了電荷傳導。

圖5 S-COF-V(a)[40]和TFPPy-ETTA-COF(b)[42]的合成Fig.5 Synthesis of S-COF-V (a)[40] and TFPPy-ETTA-COF (b)[42]

2.1.3 基于COFs的碳材料

近年來，COFs被認為是制備具有可設計結構和元素摻雜的多孔碳材料的良好前驅體。COFs的構筑單元通常含有多種雜原子，如B和N，有利于通過進一步熱解制備雜原子摻雜碳材料。COFs衍生的碳材料可實現各種具有高比表面積和均勻雜原子摻雜的多孔結構，可以提供足夠的空間并實現硫和多硫化物的有效固定。2018年，Wei課題組[43]通過碳化共價有機框架得到了一種N-摻雜的石墨碳材料(N-GC-TpPa)，并將其用作鋰硫電池的正極材料(圖6a)。由于前驅體材料TpPa-COFs大的表面積和有序的內部結構，N-GC-TpPa表現出高度均勻的氮分布和高孔隙率，材料中的氮原子可以通過N-Li+相互作用改善多孔基底材料和多硫化鋰之間的作用。研究結果發(fā)現，硫的負載量為67.5%，得到的正極材料在0.03C的倍率下，初始放電比容量為1598 mAh·g-1，并且展現出了較好的循環(huán)穩(wěn)定性和高的庫侖效率。2019年，Wang課題組[44]通過有機縮合反應，在碳納米管表面成功制備了源自COF的B/O共摻雜多孔碳材料(BOC@CNT)，這種策略使硼和氧雜原子在整個衍生過程中均勻摻雜。具有均勻界面的BOC基質是促進硫/多硫化物的化學吸收并最終提高電極循環(huán)穩(wěn)定性的關鍵因素，硫的負載量為68.5%。BOC@CNT/S顯示出優(yōu)異的電化學性能，包括高的可逆比容量(在0.2C倍率下，循環(huán)200次后比容量為1077 mAh·g-1)和出色的循環(huán)穩(wěn)定性(在1.0C倍率下，循環(huán)500圈后容量為794 mAh·g-1)，該研究為構筑均勻雜原子界面以獲得良好的電化學性能提供了一種新的方法。在2021年，Wang等[45]報道了一種N摻雜的多孔碳(NPC)納米片，是通過熱解亞胺鍵連二維COF(TAPB-PDA-COF)制備的(圖6b)。將其用作鋰硫電池中硫的主體時，NPC的硫負載量為71.8%，可以實現4.4 mg·cm-2的高硫面載量。通過調節(jié)熱解溫度，可以獲得一系列的NPC材料，其中NPC-800/S電極表現出了較高的可逆比容量和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(在100 mA·g-1下循環(huán)250圈后，可逆放電比容量為833 mAh·g-1)。其良好的循環(huán)性能主要歸功于高孔隙率的納米片結構和在碳材料中均勻分散的N元素。特別是COF衍生的NPC材料中的吡咯N和吡啶N，通過N的孤對電子形成SxLi-N相互作用，能夠抑制多硫化物的溶解并抑制其穿梭效應。

圖6 N-GC-TpPa/S(a)和NPC/S(b)的制備示意圖[43, 45]Fig.6 Schematic illustration for the fabrication of N-GC-TpPa/S (a) and NPC/S (b)[43, 45]

2.2 COFs作為鋰硫電池的隔膜材料

鋰硫電池充放電過程中的“穿梭效應”嚴重影響電池的使用壽命，為了解決這個問題，除了優(yōu)化正極材料外，隔膜的合理設計也是一種有效的解決辦法。COFs材料強的預設計性為設計不同的功能材料提供了良好的條件，這在鋰硫電池的正極材料中已經得到了很好的體現，近年來，這一優(yōu)勢在鋰硫電池的隔膜中也得到了展示。

2017年，Cai課題組[46]合成了一種亞胺鍵連接的COF材料(DMTA-COF)，并將該COF作為鋰硫電池中陶瓷隔膜的涂層，對其電化學性能進行研究。研究發(fā)現，所組裝的鋰硫電池初始放電比容量可以達到1415 mAh·g-1，在0.5C的倍率下循環(huán)100圈后仍保持1000 mAh·g-1的比容量，其性能遠遠超過原始陶瓷隔膜和super-P涂層陶瓷隔膜組裝的鋰硫電池性能。DMTA-COF納米孔的復合隔膜能夠有效阻礙多硫化物穿過隔膜，因此減緩了“穿梭效應”以及活性材料的損失。2019年，Li課題組[47]利用一種具有氧化還原活性位點的COF(TP-BPY COF)作為鋰硫電池的隔膜，該COF中的一維孔道促進了鋰離子的傳輸，羰基作為Lewis酸增強了對多硫化鋰的吸附，而吡啶單元作為氧化還原活性基團能夠促進多硫化物的轉化(圖7)。以該COF材料作為鋰硫電池的隔膜，所組裝的電池表現出了優(yōu)異的電化學性能，在1.0C的倍率下循環(huán)250圈后，比容量仍保持在826 mAh·g-1，庫侖效率為100%，并且在0.2C的倍率下循環(huán)100圈后，比容量為977 mAh·g-1，該性能明顯優(yōu)于基于原始隔膜或者沒有氧化還原活性位點COF隔膜組裝的鋰硫電池的性能。

圖7 基于TP-BPY COF的隔膜的鋰硫電池示意圖(a)；TP-BPY-COF@LSB在1.0C下的循環(huán)性能(b)[47]Fig.7 Schematic of lithium-sulfur battery based on TP-BPY COF separator (a); cycle performance of TP-BPY-COF@LSB at 1.0C (b)[47]

2021年，Zhang課題組[48]報道了一種磺化的COF材料改進的隔膜(SCOF-Celgard)，基于該隔膜組裝的鋰硫電池能夠有效緩解多硫化物的穿梭并能加速鋰離子的遷移。SCOF-Celgard組裝的鋰硫電池在0.5C的倍率下循環(huán)120圈后仍有81.1%的容量保持率，而在相同的測試條件下基于Celgard隔膜組裝的鋰硫電池的容量保持率僅有55.7%，并且在1.0C的倍率下經過600圈循環(huán)，每一圈的容量衰減率為0.067%。同年，Sun等[49]在商用Celgard隔膜上制造了基于COF的離子選擇性膜(TpPa-SO3Li)。TpPa-SO3Li層中排列的納米通道和連續(xù)的負電荷位點可以有效促進鋰離子傳導，同時顯著抑制多硫化物通過靜電相互作用擴散。TpPa-SO3Li層表現出優(yōu)異的離子選擇性，鋰離子遷移數高達0.88，當使用這種新型功能層時，組裝的鋰硫電池在5.4 mg·cm-2的高硫負載下，仍可以獲得822.9 mAh·g-1的高初始比容量，并且在0.2C的倍率下經過100次循環(huán)后容量的保持率為78%。

2.3 COFs作為鋰硫電池的負極材料

在鋰硫電池中，負極材料金屬鋰易于形成樹枝狀晶體，該樹枝狀晶體可以穿透隔膜并到達正極，從而導致內部短路，造成嚴重的安全隱患。另一方面，多硫化物可以遷移到鋰負極并與鋰反應形成不溶性硫化物絕緣層，所形成的絕緣層將阻礙鋰離子的傳輸并降低電池的倍率性能[50]。在鋰負極上設計多孔界面層是一種有效的措施，在確保均勻的Li+通量的同時，也可以降低局部電流密度和調節(jié)沉積。COFs材料具有有序的孔道、高的孔隙率以及靈活的結構可設計性，因此是一種有潛力的多孔界面層候選材料。

2020年，Kang課題組[51]將共價有機框架LZU1(COF-LZU1)作為鋰負極和隔膜之間的保護層，以此組裝鋰硫電池并進行電化學性能的研究。由于雙(三氟甲磺?；?亞胺(TFSI)陰離子與COF-LZU1中的醛基官能團之間存在強的相互作用，TFSI陰離子被固定在COF-LZU1上，減輕了空間電荷的影響，從而抑制枝晶生長(圖8)。此外，亞胺連接的COF-LZU1具有親鋰性和電解質浸潤性，能夠實現均勻的Li+通量分布和傳輸，從而表現出低電壓滯后現象。電化學研究表明，與沒有COF-LZU1保護層的電池相比，基于COF-LZU1層組裝的鋰硫電池的電化學性能得到了明顯的改善。Meng等[52]通過原位反應制備了均勻包裹在鋰負極上的10 nm的COF薄膜(COF-Li)，將其用作SEI層。該薄膜具有高楊氏模量(6.8 GPa)，能夠有效抑制鋰枝晶的生長。研究結果顯示，COF-Li對稱電池在電流密度為1 mA·cm-2時可以實現400 h的穩(wěn)定循環(huán)，并且在鋰硫電池中可以有效阻止內部短路。

圖8 鋰在COF-LZU1修飾電極(a)和裸Cu電極(b)上的沉積圖[51]Fig.8 Deposition diagram of lithium on COF-LZU1 modified electrode (a) and bare Cu electrode (b)[51]

2021年，Lai課題組[53]在MXene納米片上共價組裝COF材料(圖9)，與通常以固體粉末形式存在的大多數COFs不同，超薄的2D COF-LZU1在具有共價鍵合胺化的Ti3C2Tx納米片上原位生長，得到的MXene@COF異質結構具有高結晶度、分級孔隙度和導電骨架。作為鋰金屬負極的基質，COF納米層起著重要的作用，它增強了鋰的成核/沉積動力學，成功地調節(jié)了鋰離子的分布，以實現無枝晶鋰沉積。利用Li/MXene@COF為負極、以硫為正極組裝出的電池在經過150次循環(huán)后，比容量仍能保持在780 mAh·g-1。這些工作為拓展COFs材料在鋰硫電池負極中的應用提供了參考。

圖9 二維MXene@COF的合成示意圖[53]Fig.9 Synthetic diagram of two-dimensional MXene@COF[53]

3 結 語

共價有機框架材料具有比表面積大、孔隙率高、穩(wěn)定性良好、可設計性靈活、結構明確等優(yōu)點，在鋰硫電池中具有很好的應用前景。本文主要綜述了COFs用于鋰硫電池的正極、隔膜以及負極材料中的研究進展。就COFs材料在鋰硫電池正極中的應用而言，研究者從不同的構筑單元出發(fā)可獲得具有不同孔環(huán)境的材料，并通過物理或者化學作用進行硫的裝載，以此組裝的鋰硫電池中，多硫化物穿梭效應得到了明顯的抑制。就COFs材料作為鋰硫電池的隔膜而言，一些材料在抑制多硫化物穿梭的同時也有利于鋰離子傳導。對于COFs材料在鋰硫電池負極中的應用，組裝的鋰硫電池在一定的程度上能夠有效抑制鋰枝晶的形成，從而提高電化學性能。

雖然COFs在鋰硫電池中已取得一些較好的應用，但該領域仍有一些問題需要進一步研究，主要表現為以下幾個方面：① COFs材料通常在大量合成過程中結晶度降低甚至消失，很難一次性大量獲得，目前COFs的制備通常在幾十、上百毫克規(guī)模，限制了COFs作為電極材料的大規(guī)模應用，因此需要開發(fā)能夠大量制備COFs且不損失結晶度的新合成方法；② COFs材料的導電性差，嚴重制約了其在電化學方面的應用，要在儲能領域實現它們的實際應用，需要開發(fā)導電性高的COFs材料；③ 目前COFs在鋰硫電池中的應用探索主要集中在其作為正極材料中，雖然其作為隔膜和負極材料的應用也展現出較好的前景，但相關研究還非常少，需要進一步拓展和加強。

總之，COFs材料在鋰硫電池中具有很大的應用潛力，針對目前鋰硫電池存在的瓶頸問題，有針對性地進行COFs材料的結構設計，有望實現高性能鋰硫電池器件的制備，同時也有望推動鋰硫電池的應用進程。相信隨著對COFs研究的不斷深入，這類結構獨特的晶態(tài)有機多孔材料在能源方面的應用將得到進一步的發(fā)展。