作为维持Li-S电池阴极结构稳定性的重要组成部分，胶黏剂显著提高了电化学性能，特别是在高负载下，然而，其功能通常没有得到广泛探索。聚偏二氟乙烯(PVDF)作为Li-S电池中最商业化使用的胶黏剂，具有优异的电化学稳定性和可接受的粘附力。然而，它无法适应多次体积变化引起的内应力，并且由于其线性结构和非极性基团而无法吸附LiPSs (图1a)。作者考虑到三(2-羧乙基)膦(TCEP)常被用来催化蛋白质中的二硫键，并表现出优异的生物催化性能。因此，作者将具有催化S-S断裂功能的TCEP引入到胶黏剂中，并通过静电相互作用的合理设计而构建了3D “吸附介体”网络聚合物(PAT)胶黏剂。3D结构与非共价键的结合提供了很强的耐受性，可以承受重复电化学过程中的体积变化，有利于维持电极结构的稳定性。聚合物主链中丰富的极性基团(-NH₂、-CONH)的化学吸附作用和交联剂TCEP的介体催化作用的协同作用，可以有效吸附LiPSs，同时加速所吸附的LiPSs的转化，从而抑制LiPSs穿梭，增强电化学性能，特别是在高硫负载条件下(图1c-1d)。此外，高氮(N)和磷(P)含量的胶黏剂可以为Li-S电池提供优异的阻燃性。

将带有胍基的精氨酸(Arg)通过简单的酰胺化反应接枝到聚乙烯亚胺(PEI)上，形成带有大量极性基团的支链聚合物PEI-Arg(记为PA)，然后引入具有介导催化作用的TCEP通过静电相互作用进入系统，形成3D“吸附介体”网络聚合物胶黏剂PEIArg-TCEP(表示为PAT)。为了验证PAT的成功制备，作者首先通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X-射线光电子能谱(XPS)研究了PA的结构(图2a-2b)，证明了羧基和伯氨基发生了酰胺化反应。此外，作者还通过¹H NMR研究了 PA、PEI和Arg的化学结构(图2c)，结果表明Arg与PEI成功进行了酰胺化反应。随后，将介体交联剂TCEP添加到体系中，得到3D交联胶黏剂PAT。为了确认PAT中主链和交联剂之间的静电相互作用，作者进行了随温度变化的 FTIR光谱(图2d)，表明离子之间的静电相互作用随着温度的升高而减弱。作者还通过二维FTIR光谱进一步确定PAT中的静电相互作用，结果表明胍基/NH₃⁺和COO⁻之间存在静电相互作用(图2e-2f)。图2g-k显示了PAT胶黏剂的扫描电子显微镜 (SEM)和能量色散X-射线光谱(EDS)图像。EDS图谱显示PAT中的元素分布均匀，有利于吸附-介体的协同作用。

加工性能和机械性能是评价胶黏剂的重要指标。作者通过剪切流变试验研究了胶黏剂的加工性能(图3a)。PAT和PA胶黏剂的正极浆料在不同剪切速率下均表现出显著的剪切稀化行为，这确保了高剪切速率浆料制备和电极刮削过程中优异的加工性能。此外，与PA相比，PAT阴极浆料在所有剪切速率下都表现出更高的粘度，这可能归因于形成了3D动态结构，增强了阴极组件之间的相互作用。作者还采用180°剥离测试进一步评估PAT粘合性能(图3b),证明了PAT具有更强的粘附力，以确保活性物质不能从集电体上剥离。作者还通过纳米压痕测试评估了不同胶黏剂的机械强度。对不同电极施加相同的力，基于PAT的电极具有最小的压痕深度(图3c)。此外，作者还采用可视化吸附测试来评估不同胶黏剂对 LiPSs的吸附能力。负载PAT的Li₂S₆溶液吸附后变为无色，而PA和PVDF的溶液分别呈现浅黄色和深黄色(图3d)，表明PAT具有很强的吸附能力。作者还将XPS用于解释PAT对LiPSs的化学吸收机制(图3e),证实了PAT与LiPSs表现出强烈的相互作用。为了阐明 PAT、PVDF和LiPSs之间的吸收机制，采用了密度泛函理论(DFT)计算(图3g)。PAT胶黏剂与LiPSs的结合能高于PVDF，表明PAT中丰富的极性基团可以有效吸附LiPSs，这对于提高硫利用率和电化学性能具有重要意义。

为了验证PAT具有优异的催化硫转化潜力，作者对不同的基于胶黏剂的电池进行了循环伏安法(CV)测量。可以清楚地看出，所有CV曲线均呈现两个阴极还原峰(Ic₁和Ic₂)和阳极氧化峰(Ia₁)(图 4a)。此外，与基于PA和PVDF的电池相比，PAT基电池在Ia₁、Ic₂和Ic₁处具有最小的塔菲尔斜率(图 4b,c)，这意味着LiPSs 具有最佳的转化动力学。这些结果表明，PAT可以加速整个电化学过程中硫物质的氧化还原反应。

作者将具有不同胶黏剂的Li₂S₆对称电池组装在一起，进一步揭示了PAT胶黏剂对LiPSs转化的优异催化效果和可逆性(图 4d)。结果表明，PAT可以与LiPSs相互作用，即使在高电流下仍表现出优异的催化效果，有效提高Li₂S₆的转化率,且PAT胶黏剂具有优异的可逆性和稳定性(图4e)。Li₂S₄向Li₂S的缓慢转化过程被认为是确定Li-S电池容量的关键步骤，其释放了约75%的总理论容量。因此，作者采用Li₂S成核测试来评估氧化还原不同胶黏剂的调节能力(图4f)，表明PAT中的介体催化位点可以优化转化过程LiPSs。此外，从图4g看出，PAT在从Li₂S₈到Li₂S的反应的每一步中具有最低的吉布斯自由能，这意味着PAT具有最强的自发反应倾向。

在放电和充电过程中，较小的电阻有利LiPSs的快速转换动力学。作者进行原位EIS测试以评估基于PAT、PA和PVDF的细胞扩散动力学(图5a-5b)。可以明显看出，随着放电深度的增加，接触电阻(R_f)和电荷转移电阻(R_ct)均呈现先增大后减小的趋势。这可能归因于可溶性长链LiPSs在放电早期增加了电解质的粘度，从而增加了R_ct和R_f。基于PAT和PVDF的电池的电阻(R_ct + R_f)如图5c所示。与基于PVDF的电池相比，PAT在不同的放电阶段表现出最小的电阻，这是由于PAT具有优异的粘附力，紧密地结合阴极组件，形成有利于快速电荷转移的导电路径。作者通过采用恒电流间歇滴定技术(GITT)进一步研究了锂硫电池在充电和放电过程中的内阻(图5d-5e)。PAT表现出较低的内阻，特别是在Li₂S活化和成核过程中，表明PAT可以有效降低LiPSs的转换能垒。此外，作者还研究了不同扫描速率下不同基于胶黏剂的电池的CV曲线(图 5f)，并计算了相应的Li⁺扩散系数(D_Li⁺)(图 5g)。结果显示，基于PAT的电池在所有氧化还原阶段具有最大的D_Li⁺，这表明PAT中的极性聚合物主链可以增强Li⁺的扩散能力，这是通过LiPSs 的加速催化来促进的。不同PAT和PVDF电池从2.1到1.7 V的阻抗系数如图所示图5h，表明PAT中丰富的极性基团可以加速Li⁺的扩散，从而促进LiPSs的液固相转化。

基于PA和PVDF的电池在5 C时的平均容量分别为439.14和419.10 mAhg⁻¹，显著低于基于PAT的电池(图6a)。当电流密度降低至0.2 C时，PAT基电池的容量恢复至1031.26 mAh g⁻¹，优于PVDF基电池，这意味着PAT具有优异的倍率性能。图6b显示了基于PAT的电池在不同电流密度下相应的恒电流充放电(GCD)曲线，结果表明吸附介体催化协同网络可以实现LiPSs的快速转化和硫的高效利用。图6c显示了不同胶黏剂基电池在0.5 C下的循环稳定性。PAT基电池在100次循环后的容量保持率为92.8%，明显优于PA(74.8%)和PVDF(54.1%)。长期循环性能如图6d所示，结果表明PAT可以通过吸附-介体协同作用提高硫的利用率。

为了评估PAT胶黏剂的实际应用潜力，作者对基于PAT的电池在高负载下进行了电化学性能测试。硫负载量为6.00和7.37 mg cm⁻²的PAT电池分别提供5.22 和6.77 mAh cm⁻²的高平均面积容量，超过了商用锂离子电池(图6e)。同时，即使在高负载条件下，PAT胶黏剂也能有效锚定LiPSs通过极性基团，并通过邻近的介体催化位点加速LiPSs的转化，从而提高硫的利用率(图6f)。基于PAT的电池的放电曲线(图6g)，LiPSs的液固相转换平台保持在2.1 V的高电压，同时表现出3 mV的超低过电势。一般来说，PAT胶黏剂可以通过吸附介体协同作用显著降低硫物质的反应能垒，以加速恶劣条件下的转化动力学，显著优于之前报道的胶黏剂(图6h)。

作者为了研究PAT和PA胶黏剂的阻燃性能，制备了1 mm厚的PAT和PA圆盘，然后直接点燃。将PAT和PA圆盘放在外部火焰上几秒钟，没有明显的燃烧现象，表明PAT和PA本身具有优异的阻燃性能。为了进一步证明PAT可以有效提高电池的安全性能，作者在不同的胶黏剂基正极上进行了燃烧实验。可以清楚地看到，当将 PAT 基和 PA 基阴极置于外部火焰上数秒时，可以保持电极的结构完整性，而 PVDF 基阴极在暴露于火焰时会迅速卷曲，集流体会严重损坏(图7a)。为了阐明PAT的阻燃机理，作者进行了PA和PAT的TG-FTIR测试(图7b-c)，在热解过程中，PAT聚合物释放出更多的NH₃和CO₂不燃气体，稀释了可燃小分子−CH₂/−CH₂CH₃的浓度，阻碍了热量和氧气的交换，从而提高了安全性。为了进一步验证PAT具有优异的阻燃性能，作者进行了红外热老化测试在基于 PAT、基于PA和基于PVDF的阴极上进行(图 7d)。PVDF基阴极在所有温度下具有最高的表面温度，表明PVDF基阴极不具有隔热性，进一步证明PAT聚合物在热分解过程中生成的致密碳层隔离了热交换，并使阴极的表面温度低得多比环境温度。