张诗昱, 何润合, 李永兵, 魏士俊, 张兴祥

高等学校化学学报 2022, 43 (3): 20210632-. DOI:10.7503/cjcu20210632

摘要（961）

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通过γ射线辐照交联异型聚丙烯腈(PAN)纤维解决了低分子量聚丙烯腈半碳化中的熔融坍塌问题, 提高了PAN的半碳化稳定性; 采用傅里叶变换红外光谱、元素分析及核磁共振波谱确定了辐照交联机理. 同时, 根据辐照产生的不同交联度与PAN硫化后载硫量的变化关系, 探讨了硫化聚丙烯腈(SPAN)锂硫电池正极材料的储硫机理. 利用拉曼光谱及X射线光电子能谱等分析手段表征了SPAN中硫原子的反应位置, 说明PAN主链上的亚甲基所在的碳为与硫化学结合的活性位点, 为探究SPAN结构提供了新的依据. 交联度升高对硫化后所形成的SPAN正极材料的电化学稳定性起促进作用, 容量保持率可提升至98%.

利用EDS能谱及XRD谱图分析不同交联度下SPAN表面的元素分布情况以及结晶状态，以此来反映PAN与硫是否反应完全. 由图5可见， 3组试样硫化后均能使硫元素均匀分布在纤维表面，没有出现硫的局部堆积或空缺，表明硫与PAN间的化学反应充分，不存在反应不完全或表面硫元素聚集的情况. 图6中硫化后的3组SPAN衍射图均呈漫散射，表明SPAN为一定程度的有序聚合物. 其中代表PAN的特征衍射峰消失，取而代之在25°（2θ）处出现了新的宽衍射峰，表明产生了类似石墨的结构［27］. 对照硫单质的衍射峰， 3组SPAN中均未出现类似的尖锐峰形，表明材料中并不存在游离的硫单质，硫化反应完全，硫均以非晶态形式存在于SPAN中［28］.