20190624 AM：平行陣列MXenes層上的鋰的橫向生長助力無枝晶鋰金屬負極
盡管金屬鋰憑借著高理論比容量而成為了最具希望的二次電池負極材料，但是深度沉積-剝離條件下不可控的枝晶生長嚴重限制了金屬鋰的實際應用。在本文中，北京航空航天大學楊樹斌等發現平行排列的MXenes片層能夠有效誘導金屬鋰在二維MXenes納米片層上的成核過程與生長過程。此外，在MXenes片層上原有的含氟端基能夠在電極-電解質界面上預LiF一起作為穩定均勻的固態電解質界面，從而實現對鋰離子電遷移的誘導調節。因此，這種無枝晶鋰金屬負極在高達35mAh/cm2的深度沉積-剝離容量下能夠保持長達900小時的循環壽命。
Di Zhang, Shubin Yang et al, Horizontal Growth of Lithium on Parallelly Aligned MXene Layers towards Dendrite‐Free Metallic Lithium Anodes, Advanced Materials, 2019
DOI: 10.1002/adma.201901820
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901820
20190625 AM：過渡金屬氮化物納米晶的二維陣列
低維過渡金屬氮化物（TMN）納米材料的合成正在迅速發展，由于它們的基本特性例如高導電性，催生了許多重要的應用。然而，通過傳統策略合成的TMN納米結構不能同時實現活性位點的最大導電性和可接近性，而這卻是等離激元、能量存儲、傳感等中許多應用的關鍵因素。
德雷塞爾大學Yury Gogotsi課題組報道了幾納米TMN納米晶體各種2D陣列的合成。研究者使用表面化學合成，在恒定的氨氣流下，在鹽模板表面上的一層薄的前體（包括氯化鉻、乙醇鈦和乙醇鈮）逐漸轉化為黑色的TMN（氮化鉻、氮化鈦和氮化鈮）。在氨化期間，前體被“蝕刻”并重結晶以形成具有幾納米尺寸的互連納米晶體，以2D陣列排列。幾納米TMN納米晶的獨特互連2D陣列不僅具有平面內的電子傳導性，而且還允許離子和電解質通過多孔納米片傳輸。將其用于鋰硫電池，在高面載硫（>5 mg cm-2）下，可以在0.2 C時實現>1000 mAh g-1的高初始容量，在1 C1000次循環中降解僅約13％。
Xu Xiao, Hao Wang, Weizhai Bao, Patrick Urbankowski, Long Yang, Yao Yang, Kathleen Maleski, Linfan Cui, Simon J. L. Billinge, Guoxiu Wang, Yury Gogotsi, Two‐Dimensional Arrays of Transition Metal Nitride Nanocrystals. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201902393
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201902393
20190627 Chem：基于聚蒽醌負極的可充水溶液聚合物-空氣電池
水溶液金屬-空氣電池憑借其高安全性和高能量密度而吸引了諸多關注。然而，金屬負極較差的穩定性的可逆性嚴重限制了其實際應用。在本文中，南開大學陳軍教授團隊使用在碳納米管上原位聚合的共軛有機聚合物聚（1,4-蒽醌）為負極材料并以負載在尖晶石相上的鈷錳氧化物做為催化正極構建了可充水溶液聚合物-空氣電池。該電池在循環500周后的容量保持率高達92%且倍率性能十分優異，這得益于聚蒽醌/碳納米管負極良好的可逆性和正極催化劑的優異催化性能。他們還組裝了高達1025mAh容量的軟包聚合物-空氣電池，基于正負極活性物質計算的能量密度高達165Wh/kg。該軟包電池循環100周后的容量保持率為95%，表現出良好的應用前景。
Yixin Li, Jun Chen et al, Rechargeable Aqueous Polymer-Air Batteries Based on Polyanthraquinone Anode, Chem, 2019
DOI: 10.1016/j.chempr.2019.06.001
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30238-4?rss=yes
20190625 Chem. Rev.：應對酶（生物）燃料電池的挑戰
對清潔和可持續能源不斷增長的需求與生物整合便攜式或可植入電子設備的快速發展相結合，刺激了酶（生物）燃料電池（EFC）的相關研究。可再生生物催化劑的使用，豐富的綠色安全和高能量密度燃料的使用，以及在適度和生物相容性條件下工作的能力使得EFC成為下一代可替代能源的候選者。然而，主要挑戰（低能量密度、相對低的功率密度、差的操作穩定性和有限的電壓輸出）阻礙了EFC的未來應用。
青島大學Aihua Liu、中科院Zhiguang Zhu和法國Elisabeth Lojou團隊探索了EFC的基本機制，并提供可行的實用策略和見解來解決這些問題。首先，該綜述總結了在EFC中實現高能量密度的方法，特別是使用酶級聯來完全氧化燃料。其次，介紹了增加EFC中功率密度的策略，包括增加酶活性、促進電子轉移、使用納米材料和設計更有效的酶-電極界面，討論了EFCs/超級電容器組合的潛力。此外，評估了一系列改善EFC穩定性的策略，包括使用不同的酶固定方法，調節酶性質，設計保護性基質和使用微生物表面展示酶。最后，強調了改善EFC的電池電壓的方法，設想了未來的發展和EFC的前景。
Xinxin Xiao, Hong-qi Xia, Ranran Wu, Lu Bai, Lu Yan, Edmond Magner, Serge Cosnier, Elisabeth Lojou, Zhiguang Zhu, Aihua Liu, Tackling the Challenges of Enzymatic (Bio)Fuel Cells, Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00115
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00115
20190624 Nano Lett.：粒徑對Mg2+離子插入λ-MnO2正極材料的影響
在單價和多價離子電池中一般是使用納米顆粒（NP），這是由于通過觀察電極物料，發現其具有短的擴散路徑和大的電極-電解質界面，可以促進離子插入動力學。然而，對于理解NP與其電化學行為的相關性（例如，電荷存儲機制，與離子插入相關的相變）仍然不夠清楚。
尖晶石λ-MnO2能夠使得Mg2+有效嵌入，但對于MnO2顆粒的尺寸效應卻知之甚少，有鑒于此，伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校Jian-Min Zuo和Qian Chen團隊將其作為模型正極材料，在多價離子嵌入體系中研究了顆粒大小、結構轉換途徑和相應的電化學行為。
研究者通過合成小納米級λ-MnO2顆粒（81±25nm）和大型微米級顆粒（814±207nm）兩種樣品。電荷儲存機制分析表明，在兩個樣品中Mg2+的脫嵌機制都占主導地位，小顆粒中的存儲電荷比大顆粒高約10倍。從XRD和STEM成像揭示了在不同尺寸顆粒中Mg2+嵌入的過渡階段的一個主要區別是：小NP經歷固溶體相變，這最大限度地減少了晶格失配，以適應新相的能量損失，而大的顆粒遵循完善的多相轉變。這與鋰離子電池體系不同，尺寸依賴性對Mg2+嵌入、電荷分布均勻性、容量、循環性能和顆粒的力學穩定性產生深遠影響。
Wenxiang Chen, Xun Zhan, Binbin Luo, Zihao Ou, Pei-Chieh Shih, Lehan Yao, Saran Pidaparthy, Arghya Patra, Hyosung An, Paul V. Braun, Ryan M. Stephens, Hong Yang, Jian-Min Zuo, Qian Chen, Effects of Particle Size on Mg2+ Ion Intercalation into λ-MnO2 Cathode Materials, Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01780
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01780
