材料、粘合剂和导电填料在整个正极中混合。多孔一维金属氧化物纳米棒用作可溶性多硫化物储存体(reservoir)。更具体地，在正极中形成的可溶性多硫化物被捕集在多孔一维金属氧化物纳米棒的孔中。由于多硫化物被捕集在正极中，多硫化物不能够迀移至负极并与负极中的活性材料反应。因此，多孔一维金属氧化物纳米棒能够缓解穿梭效应并且能够增加供正极中使用的硫的量，并且反过来，能够改进基于硫的电池的效率、寿命周期和自放电。
[0031]在一些实例中，多硫化物可以通过物理吸收被捕集在多孔一维金属氧化物纳米棒中。在另一些实例中，多硫化物还可以化学结合至某些金属氧化物纳米棒，例如Al2O3，其用作路易斯酸与碱性多硫化物反应。
[0032]现在参考图1A-1G，将讨论用于形成多孔一维金属氧化物纳米棒的方法的实例。在实例中，所述方法部分地包括水热合成以形成多孔一维金属氧化物纳米棒。
[0033]参考图1A，通过在容器18中混合去离子水、金属氧化物起始材料12和在一些情况下PH调节剂14形成含水混合物16。
[0034]应理解的是金属氧化物起始材料12是纳米颗粒(即具有约I nm-约100 nm的平均直径的颗粒)。金属氧化物起始材料12的一些实例是Ti02、ZrO2, AlCl3, Si (OH)4或其组合。金属氧化物起始材料12的选择将取决于所得的纳米棒需要哪种类型的金属氧化物。
[0035]pH调节剂14也包含在含水混合物16中。pH调节剂14将含水混合物16的pH改变至约7-约10的pH (碱性)或约5-约7的pH (酸性)。起始金属氧化物材料12可用于确定被调节的PH将在哪个pH范围内。在实例中，如果金属氧化物起始材料12是Ti02、A1C13、Si (OH)4SZrO2, pH调节剂14包含在含水混合物16中。pH调节剂14的一些实例包括氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钱(NH4OH)或适合将pH调节至所需水平的一些其它的碱。pH调节剂14不仅调节含水混合物16的pH，而且还在水热合成期间与金属氧化物起始材料12反应。下面参考图1C-1D讨论pH调节剂14与金属氧化物起始材料12之间的反应。
[0036]在实例中，当AlCl3用作金属氧化物起始材料12时，期望最终含水混合物16的pH为约5-约7 (酸性)或约7-9 (碱性)。在该实例中，使用pH调节剂14，部分是因为起始金属氧化物材料12是非常酸性的。例如，当将AlCl3单独添加入去离子水时，含水混合物16具有约2.6的pH。因此，将pH调节剂14添加入含水混合物16以将含水混合物16的pH改变至所需的pH范围，与没有pH调节剂14的混合物相比其是较小酸性的(5-7)或是碱性的(7-9)ο
[0037]在又另一实例中，当T12用作金属氧化物起始材料12时，期望最终含水混合物16的pH为约7-约10。在该实例中，可以使用pH调节剂14，因为含水混合物16起初可能不在所需的pH范围内。例如，当将T12添加至去离子水时，混合物16可以具有约7的pH。因此，可以将pH调节剂14添加入含水混合物16以使含水混合物16的pH更碱性(例如至约7-约 10 的 pH) ο
[0038]转向图1B，在容器18中将金属氧化物起始材料12和pH调节剂14添加至去离子之后，可以将含水混合物16充分混合。可以通过搅拌混合含水混合物16直至金属氧化物起始材料12和pH调节剂14分散和/或溶解在含水混合物16的去离子水中。例如，可以使用磁力搅拌棒、手动搅拌棒或技术人员已知的任何其它合适的工具将混合物混合约5分钟至约2小时的时间。在实例中，将含水混合物16混合30分钟。
[0039]现在参考图1C和1D，混合含水混合物16之后，将含水混合物16添加至封闭系统20。在实例中，封闭系统20是高压釜。高压釜的一些实例包括聚四氟乙烯内衬(例如TEFLON?内衬)或铜内衬不锈钢高压釜。TEFLON?内衬高压釜在低于200°C的温度下使用。铜内衬高压釜在200°C或高于200°C的温度下使用。
[0040]水热合成在封闭系统20中进行。更具体地，在封闭系统20内，含水混合物16经过一定量时间的高温和蒸汽压力。高温的温度为约150°C -约200°C ο蒸汽压力在约150°C -约200°C的温度范围内为约700 ps1-约1380 pis。将高温和蒸汽压力施加约24小时至约48小时的时间。在实例中，可以将封闭系统20升高至约180°C的温度，保持约48小时。据信在该温度下，封闭系统20中的蒸汽压力可以为约1000 psi。在封闭系统20中施加高温和蒸汽压力，在含水混合物16内由金属氧化物起始材料12形成前体纳米结构24。
[0041]通常，据信pH调节剂14的阳离子参加与金属氧化物起始材料12的反应。在经过高温和蒸汽压力之前，金属氧化物起始材料12具有晶体结构。当在封闭系统20中施加高温和蒸汽压力时，据信pH调节剂14的阳离子与金属氧化物起始材料12反应以至少在金属氧化物起始材料12的表面上形成非晶层。在施加高温和蒸汽压力期间，在封闭系统20内存在高能量输入。据信高能量输入有助于在金属氧化物起始材料12 (例如纳米颗粒)的表面形成非晶层。当高能量输入在封闭系统20中持续(即连续施加高温和蒸汽压力)时，据信在金属氧化物起始材料12的表面的非晶层经历再结晶以形成再结晶的金属氧化物材料。随着持续的高能量输入，据信再结晶的金属氧化物材料成长为纳米片结构。还据信纳米片结构与未反应的结晶金属氧化物起始材料12分离并卷成纳米管结构以形成前体纳米结构24。据信引起相转变(即结晶一非晶一再结晶)和结构转变(即纳米颗粒一纳米片一纳米管)的一个或多个反应持续直至不再有可用的金属氧化物起始材料12纳米颗粒参加一个或多个反应或直至高能量输入(水热方法)停止。
[0042]此外，水热合成之后，将前体纳米结构24从封闭系统20移除并进行离子交换过程(未显示)。离子交换可以在pH调节剂14的阳离子(其已经与起始材料12反应形成前体纳米结构24)与引入到前体纳米结构24的质子之间进行。例如，来自pH调节剂14的阳离子可以在水热合成期间首先与金属氧化物起始材料12反应以形成前体纳米结构24，然后前体纳米结构24的阳离子可以与引入的酸例如HCl (盐酸)中存在的质子交换。例如，在将封闭系统20冷却之后，将前体纳米结构24从封闭系统20移除。将前体纳米结构24添加至烧杯并搅拌，同时添加IM HCl0在该实例中，可以添加HCl直至pH达到约7。
[0043]在本方法的实例中，锐钛矿1102是金属氧化物起始材料12，并且NaOH是pH调节剂14。将锐钛矿T1jPNaOH添加至去离子水以形成含水混合物16的实例。将含水混合物16引入封闭系统20，然后在封闭系统20内施加高温和蒸汽压力。据信在表面的1102与来自NaOH的Na+阳离子反应以首先在T1 2金属氧化物起始材料12的表面上形成Na 2Ti307非晶层。当高能量输入在封闭系统20内持续时，Na2Ti3O7结晶材料从Na2Ti3O7非晶层再结晶。再结晶的Na2Ti3O7成长为纳米片结构，其从金属氧化物起始材料12的表面脱落。当持续施加高温和蒸汽压力时，这些纳米片结构卷成纳米管结构(例如前体纳米结构24)。
[0044]水热合成之后，可以引入酸以便进行离子交换。在该实例中，离子交换在(再结晶的Na2Ti30^)Na+阳离子与H+阳离子(来自HCl)之间发生以形成再结晶的H2Ti307。在该实例中，再结晶的Na2Ti3O7是水热合成之后和离子交换之前的前体纳米结构24的实例，并且结晶的H2Ti3O7是水热合成和离子交换二者之后的前体纳米结构24的实例。
[0045]在又一实例中，六1(:13用作含水混合物16中的金属氧化物起始材料12，并且可以进行如先前本文所述的相似的相和结构转变。然而，当使用AlCl3时，离子交换不是必需的。而是当将NaOH作为pH调节剂14添加至含水混合物16时，AlCl3沉淀为无定形Al (OH) 3纳米颗粒。在该实例中，对封闭系统20施加高温和蒸汽压力引起无定形Al (0!1)3纳米颗粒转变为Y-Al(OH)3纳米管，其是前体纳米结构24的另一实例。据信发生以下反应(I)和
(II):
AlCl3 + 3Na0H — Al(OH)3 (无定形纳米颗粒)+ NaCl (I)
Al (OH)3 (无定形纳米颗粒)一γ-Al (OH)3 (勃姆石纳米管) (II)。
[0046]在封闭系统20中或在封闭系统20和用于离子交换的系统中进行一个或多个反应之后，应理解的是含水混合物16已经改变(在图1D和IE中由参考数字16’表示)，并且至少包含前体纳米结构24。至少一些去离子水存在于混合物16’中。在一些情况下，还可以存在其它离子，例如上式I中显示的Na+或Cl和来自pH调节剂14的K+或NH 4+。
[0047]现在参考图1E，可以将盛有含水混合物16’的容器18从封闭系统20移除。当离子交换在封闭系统20外进行时，这个步骤在离子交换之前发生。然后可以使用技术人员已知的任何分离技术将前体纳米结构24从含水混合物16’移除。例如，可以通过真空过滤、离心力或任何其它合适的方法移除前体纳米结构24。在前体纳米结构24与含水混合物16’分离期间，可以用大量的去离子水将前体纳米结构24洗涤多次。
[0048]洗涤前体纳米结构24之后，可以在约60°C -约80°C的温度下将前体纳米结构24干燥约12-约24小时的时间。可以对经干燥的前体纳米结构24施加随后的热处理。在实例中，热处理是退火过程(即加热，然后是缓慢的随炉冷却)。可以将热处理在约350°C -约700°C的温度下施加约3小时至约5小时的时间。在实例中，将热处理在350°C下施加约5小时。热处理通过释放水蒸气使前体纳米结构24脱水。在热处理期间也发生烧结，其将纳米管或其它前体纳米结构24转变为纳米棒。此外，水汽化在整个纳米棒中产生三维的互连孔。因此，热处理