信息化时代什么最重要？方便、快捷。便携式电子设备如何变得更轻更薄，当下势头正旺的新能源汽车如何在有限的体积内实现更长的续航？答案是让二次电池变得更小。纳米技术可以使电池“更轻”、“更快”，但由于纳米材料较低的密度，“更小”成为此研究领域的一个难以突破的问题。国家杰出青年科学基金获得者、天津大学化工学院杨全红教授研究团队提出“硫模板法”，通过对高体积能量密度锂离子电池负极材料的设计，最终完成石墨烯对活性颗粒包裹的“量体裁衣”，使锂离子电池变得“更小”成为可能。该成果1月26日在线发表在《Nature Communications》（2018, 9, 402）上。
纳米材料由于其本身具有一些特殊的物理化学性质，但是这些性质可能与实际应用不匹配，所以研究人员一直致力于对其组成、结构、形貌、尺寸、取向等方面进行控制，以使得制备出的材料具备各种预期的或特殊的物理化学性质。模板法是近年来备受瞩目的一种制备纳米材料的方法。该方法基于模板的空间限域作用实现对合成纳米材料的大小、形貌、结构等的控制。
由于模板法合成纳米材料相比于其他方法有如下显著的优点：
（1）模板法合成纳米材料具有相当的灵活性。
（2）实验装置简单，操作条件温和。
（3）能够精确控制纳米材料的尺寸、形貌和结构。
（4）能够防止纳米材料团聚现象的发生，从而引起了广泛的关注。
石墨作为锂离子电池的电极材料，有比容低，衰减较快等缺点，锡、硅等非碳材料可以大幅提高锂离子电池的质量能量密度（Wh kg-1）和循环性能。但其巨大的体积膨胀严重限制了其体积性能优势的发挥。碳纳米材料构建的碳笼结构可以有效解决非碳负极材料嵌锂时巨大体积膨胀问题，但在解决体积膨胀问题的同时又会引入过多预留空间，导致电极材料的密度大幅降低，限制了锂离子电池负极体积性能的发挥。
硫模板法精确设计石墨烯碳笼结构
杨全红教授研究团队联合清华大学、国家纳米中心和日本国立材料研究所的合作者在最新的研究中有效地解决了这一问题。基于石墨烯界面组装，发明了对致密多孔碳笼精确定制的硫模板技术。他们将非晶形硫和SnO2纳米颗粒包埋在还原的氧化石墨烯水凝胶中，然后采用毛细蒸发技术来消除空隙，形成紧密的石墨烯网络。除硫后，仍留有缓冲空间，生成一种可使SnO2完全膨胀的材料。通过简单地控制硫的量来确定可用的缓冲空间，实现对非碳活性颗粒大小“合身”的包覆。这种方式适用于任何其他非碳阳极材料，并且在以碳笼结构作为电化学反应框架的能量存储装置中，是低体积能量密度的理想补救，而不是仅限于锂离子电池。
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