仿生钙化是一种模仿自然生物矿化过程的微结晶过程，其中生物大分子调节无机矿物质的形成。

近日，庞欢教授、王天奕副教授、王赪胤教授等学者在Advanced Materials上合作发表题为“Protein Guided Biomimetic Calcification Constructing 3D Nitrogen-rich Core-shell Structures Realizing High Performance Lithium-Sulfur Batteries”的研究型论文。本院博士研究生何迪为第一作者。本文探究了仿生钙化过程中的竞争机制并将仿生钙化MOF引入锂硫电池。通过蛋白质引导的仿生钙化技术，实现了高氮掺杂MOF材料在能源存储中的应用。其高氮含量和独特结构有效提升了锂硫电池的性能，为设计和开发高性能储能材料提供了新思路。

这篇工作研究了通过蛋白质引导的仿生钙化技术合成富氮MOF材料，在高温碳化后构建了具有独特三维核壳结构的氮掺杂碳材料。这些材料被设计用于锂硫电池（LSBs）的硫载体，展现出优异的电化学性能。研究中使用了玉米醇溶蛋白（Zein）和丝素蛋白（SF）作为模板，这些蛋白质分子在MOF材料的生长过程中通过竞争机制引导了晶体形貌的形成和氮掺杂。研究发现，蛋白质的浓度直接影响MOF的形态和性能，Zein浓度为0.4 mg/mL时，生成的材料表现出最佳性能。经过高温碳化（960 °C）后，前驱体转变为具有高氮含量、大比表面积和多孔结构的3D碳材料。例如，碳化后的BCC-ZIF-8-0.4材料氮含量达到6.31%，并且在多硫化物的吸附和催化转化中表现出强吸附能力，极大地抑制了锂硫电池中的“穿梭效应”。在电化学测试中，该材料的初始比容量高达1453.2 mAh g⁻¹（0.5 C），且在500次循环后仍保持80.8 %的容量保持率（2 C），显示出优异的循环稳定性。此外，在高硫负载条件下，BCC-ZIF-8-0.4在150次循环后仍然能够保持573.9 mAh g⁻¹的比容量。

论文信息：

Di He, Tianyi Wang*, Jiahui Lu, Yu Liu, Wei Gu, Xin Liu, Chongchong Fu, Yuting Qin, Jiabao Li, Xiaoyue Liu, Chengyin Wang*, Huan Pang*, Protein Guided Biomimetic Calcification Constructing 3D Nitrogen-rich Core-shell Structures Realizing High Performance Lithium-Sulfur Batteries,  Advanced Materials, 2025, 2416268 (DOI: 10.1002/adma.202416268).

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202416268