2020年2月4日凌晨，華中科技大學接連在Nature Materials和Nature Electronics發(fā)表研究論文，在能源和器件材料領(lǐng)域取得系列進展。其中，能源能源與動力工程學院馮光教授等人在Nature Materials報道了從分子尺度對基于MOFs和離子液體的超級電容器中的充放電機理認識；國家脈沖強磁場科學中心和光學與電子信息學院吳燕慶教授等人在Nature Electronics報道了基于范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)建場效應晶體管的新進展。
下面，我們對兩篇文章做簡要解讀，希望對相關(guān)領(lǐng)域研究人員有所啟發(fā)。
雙電層電容器（EDLC）是一種新型的儲能裝置，屬于超級電容器的一種。增強EDLC的電容性很大程度取決于兩個條件：1）多孔電極材料；2）電子液體。其中，MOF基多孔電極材料可以提供足夠大的比表面積和定制設(shè)計的孔結(jié)構(gòu)，這對于能量密度的最大化和增強離子傳輸以提高功率密度至關(guān)重要。另一方面，離子液體具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、寬工作溫度區(qū)間和寬電化學窗口等優(yōu)勢，是一種不可多得的電解質(zhì)。
有鑒于此，華中科技大學馮光教授團隊和倫敦帝國理工學院AlexeiA. Kornyshev團隊合作，通過計算和實驗相結(jié)合，從分子尺度對基于MOFs和離子液體的超級電容器中的充放電機理進行了深入探索。一方面，基于MOF原子模型和RTIL的粗粒度模型進行分子動力學模擬；另一方面，對MOF-RTIL超級電容器進行電化學測試進行實驗驗證。結(jié)果表明，MOF的結(jié)晶度、孔隙度以及孔分散度對于提高電化學性能非常重要。基于MOF / RTIL的電容器表現(xiàn)出優(yōu)于大多數(shù)碳基設(shè)備的性能，這為設(shè)計具有高能量和高功率密度的超級電容器帶來了新的希望。
參考文獻：
Sheng Bi et al. Molecularunderstanding of charge storage and charging dynamics in supercapacitors withMOF electrodes and ionic liquid electrolytes. Nature Materials 2020.
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0598-7
依賴于量子隧穿的半導體器件在邏輯，存儲器和射頻領(lǐng)域應用廣泛。具有負差分電阻的隧穿器件通常遵循以下工作原理：隧穿電流直接影響驅(qū)動電流。有鑒于此，華中科技大學吳燕慶教授團隊及其合作者報道了一種基于黑磷/ Al2O3 /黑磷范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的隧穿場效應晶體管。
其中，隧穿電流相對于驅(qū)動電流為橫向。通過靜電效應，該隧穿電流會引起輸出電流的急劇變化，從而實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的負差分電阻，在室溫下其峰谷比大于100。除此之外，所設(shè)計的器件還具有可開關(guān)特性，在較寬的溫度范圍內(nèi)，其柵極電壓相對于表面電勢的相對變化是傳統(tǒng)晶體管玻耳茲曼極限的十分之一。
參考文獻：
Xiong Xiong et al. Atransverse tunnelling field-effect transistor made from a van der Waalsheterostructure. Nature Electronics 2020.
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0364-5
