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本发明公开了一种复合膜及其制备方法和应用,复合膜包括碳纤维膜和氮化物微粒,氮化物微粒分布在碳纤维膜的表面,氮化物微粒为非化学计量比氮化物。制备方法包括以下步骤:(1)制备或取用现有碳纤维膜待用;(2)将碳纤维膜浸渍于硫酸亚铁溶液中,在氮气气氛下高温处理设定时间,即得到复合膜。本发明的复合膜基于非化学计量比氮化物的高活性位点可对多硫化物进行吸附,并且提升多硫化物相转换反应动力学,在应用于锂硫电池时可抑制多硫化物向负极扩散,提升活性物质利用率和电池的电化学性能,且制备方法操作简单,反应温和可控,适于大规模产业化生产。