1. 復旦大學今日Nature:突破標準量子極限的精密測量研究
測量是科學研究中不可缺少的重要一環(huán),追求測量的精密性是經久不衰的研究主題。作為測量的理想系統(tǒng),原子體系雖已可達較高精密度,但仍受制于原子自旋的量子漲落,測量靈敏度有待進一步提升。
有鑒于此,復旦大學物理學系精密測量物理與量子光學團隊開展國際合作研究,在突破標準量子極限的精密測量研究中取得系列重要進展。團隊利用預測和回溯測量的方法,實現了迄今含原子數最多的原子自旋壓縮以及突破標準量子極限的高靈敏度原子磁力計。
Han Bao et al. Spinsqueezing of 1011 atoms by prediction and retrodiction measurements. Nature2020.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2243-7
2. Science:共振作用形成的準束縛態(tài)中的跨越能壘反應
構造原子或者分子之間的振動模型需要對振動過程中的關鍵步驟進行詳細理解,對這種原子/分子振動的過程理解通常需要在較低振動能區(qū)域進行,這種過程能夠實現量子效應過程比較明顯。在各種振動的共振過程中,存在著瞬態(tài)的缺陷量子態(tài),由于這些狀態(tài)的瞬態(tài)性,導致其難以通過實驗方法表征。最近拉德布德大學Gerrit C. Groenenboom, Sebastiaan Y. T. van de Meerakker等通過實驗和理論動力學相結合,實現了對NO+He體系振動中共振情況的理解,發(fā)現了極低能量的碰撞能作用的非彈性能量傳輸過程。這種振動的共振現象通過NO-He的勢能面準束縛態(tài)實現。南方科技大學楊天罡、大連化學物理研究所楊學明對本工作在Science上刊發(fā)了新聞評述報道。
文章要點:
1)De Jongh等通過測試整體和不同截面上NO(j = 1/2 f) + He → NO(j = 1/2 e) + He振動量子態(tài)之間的變化。其中的雙重態(tài)在對稱性上有區(qū)別,其中He會在較高的f態(tài)和低能量e態(tài)中被激活。作者在0.2~8.5 cm-1振動能范圍內,0.3~12.3 K范圍內進行測試。通過Stark減速分子束的NO和低溫氦束He實現了對極低碰撞能的測試。作者觀測到一系列歸結于絕熱勢的準束縛態(tài)的態(tài)-態(tài)之間的共振。通過超精確的動力學研究對該過程進行計算,在CCSDT(Q)級別中對NO-He的勢能面進行描述,這種碰撞的共振能歸結于勢能面的準束縛態(tài)。
2)這種非彈性碰撞過程的共振過程在多種非彈性碰撞體系中,同時這種在化學反應中被發(fā)現,其中重要的例子為:F + H2 → HF + H的反應。這個反應的重要性在于其是星際云中生成HF的主要過程,對本反應的理解有助于對空間氫的密度有利。最近的工作中發(fā)現,在彈性碰撞范圍為9.8~282 cm-1范圍內,反應的共振峰在-40 cm-1附近。由于這種共振作用通過量子隧穿降低了反應能壘,反應的速率在0 K附近得以顯著提高。
本工作的意義對于多種體系中的基本物理和化學反應過程的理解有幫助,比如地球和行星大氣環(huán)境,星際云,氣態(tài)激光,等離子體,燃燒過程等。
1. Tiangang Yang, et al. Quantum resonances near absolute zero,Science 2020, 368 (6491), 582-583
DOI:10.1126/science.abb8020
https://science.sciencemag.org/content/368/6491/582
2. Tim de Jongh, et al. Imaging the onset of the resonance regime in low-energy NO-He collisions,Science 2020, 368 (6491), 626-630
DOI:10.1126/science.aba3990
https://science.sciencemag.org/content/368/6491/626
3. Nature Energy:通過抑制脫氧,實現CO2電還原制乙醇的高效轉化
將CO2電還原(CO2RR)為有價值的化學物質為可再生電力的存儲提供了一條有希望的途徑。盡管已生產出從C1到C3的各種產品,但只有一氧化碳(CO)、甲酸和乙烯能夠在商業(yè)相關的電流密度下(超過100 mA·cm?2)實現很高的法拉第效率(FE)。乙醇具有很高的能量密度,是一種高辛烷值的燃料,但通過CO2RR生產乙醇的法拉第效率有待進一步提高,特別是在高電流密度下。有鑒于此,多倫多大學Edward H. Sargent等人開發(fā)了一種用氮摻雜碳包覆Cu催化劑的反應限容電催化劑,其乙醇法拉第效率為(52±1)%,乙醇陰極能量效率(EE)為31%。
本文要點:
1)限制作用-覆蓋活性電催化劑以使分子和溶液能夠嵌入-是調節(jié)催化劑活性的策略。研究人員利用這一限制條件來提高乙醇的選擇性。研究人員利用中間體HOCCH*對乙烯脫氧的抑制促進乙醇生產的事實,使用活性催化劑上具有強電子貢獻能力的覆蓋層限制促進了C-C耦合,并增加了HOCCH*脫氧的反應能量。
2)密度泛函理論(DFT)計算表明,在Cu表面涂覆氮摻雜碳(N-C)層可促進C-C耦合,并抑制HOCCH*中C-O鍵的斷裂,從而提高CO2RR中乙醇的選擇性。
3)通過約束N-C層的強電子給體能力,在34%的N-C/Cu催化劑進行CO2RR,乙醇的FE值為(52±1)%,部分乙醇電流密度為(156±3)mA cm-2。乙醇的陰極EE和全電池EE值也很高,分別為31%和16%。這些發(fā)現為通過催化劑設計提高CO2RR中高能量密度乙醇的選擇性提供了一條途徑。
Xue Wang, et al. Efficient electrically powered CO2-to-ethanol via suppression of deoxygenation. Nat. Energy 2020.
DOI: 10.1038/s41560-020-0607-8.
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0607-8
4. Nature Catal.: RuO2單晶不同晶面的OER活性
了解活性位點的性質對于控制(電)催化活性至關重要。催化析氧反應(OER)對于對于高效生產諸如氫和氨、通過二氧化碳還原合成碳中性燃料以及金屬氧化物中的金屬等能源載體至關重要。
金紅石型RuO2被認為是酸性溶液中的高效OER催化劑,在酸性溶液中大多數其他氧化物是不穩(wěn)定的。金紅石RuO2由釕原子八面體配位六個氧原子組成,每個氧原子為三配位,但表面配位不足的金屬和氧原子不同于內部配位飽和的金屬和氧原子,它們可催化鍵的形成和斷裂因為它們可以與反應分子相互作用以補償配位不足。關于RuO2的(電)催化活性的理論和實驗的研究集中在(110)表面上,暴露了完全配位的橋釕(RuBRI)位點和五價配位的配位不飽和位點(RuCUS),它與三重配位的氧(O3c)鍵合。RuCUS位點已被確定為小分子氣相氧化的活性位點。最近,RuCUS(110)被證明可以通過水的電子耦合去質子催化OER。然而,RuO2(110)上的RuCUS與–OO中間體的結合比最優(yōu)值更強。最近的研究表明,(110)、(100)和(101)上的RuCUS位點與水的結合和相互作用是不同的。
有鑒于此,麻省理工Yang shao-horn教授和Reshma R. Rao等人,比較了RuO2(110)、(100)和(101)三個晶面上的RuCUS位點的電子結構,以及與OER有關的被吸附物的分子細節(jié),以尋找它們活性差異的物理根源。
本文要點:
1)采用表面X射線散射結合密度泛函理論和表面增強紅外吸收光譜技術,研究了RuO2表面上的析氧反應隨電壓的變化。在1.5 VRHE時,在(100)表面的配位不飽和釕(RuCUS)位點上存在-OO基團(對于(110)表面同樣如此),但在(101)的RuCUS位點上吸附了氧。
2)密度泛函理論結果表明,通過與相鄰–OH(–OO–H)氫鍵穩(wěn)定的RuCUS位點去除–OO可能是(100)的速率確定步驟(對于(110)表面同樣如此),其中其對(100)的結合減少而活性增加。(101)的RuCUS位點上結合能的進一步降低導致了不同的速率確定步驟(–O + H2O -(H+ + e-)→-OO–H)和活性降低。
總之,該工作研究了有關活性位點的分子細節(jié),以及它們的局部配位環(huán)境對活性的影響。
Reshma R Rao, Manuel J Kolb, et al. Operando identification of site-dependent water oxidation activity on ruthenium dioxide single-crystal surfaces. Nat. Catal., (2020).
DOI: 10.1038/s41929-020-0457-6
https://doi.org/10.1038/s41929-020-0457-6
5. Nature Commun.:單層石墨烯中的電子散射控制
電子之間的相互作用是凝固態(tài)物理中重要的作用,通過改變電子之間的相互作用強度調控電子之間相互作用,一種研究通過研究金屬體系中的相互作用實現,實現了抑制電子之間相互作用。曼徹斯特大學A. K. Geim、M. Polini等通過原子層厚度的門柵極電介質和原子層厚度的金屬柵級,對石墨烯中電子之間的散射長度進行測試,對這種相互作用進行定量描述。當柵極電介質的厚度為幾個nm時會引起顯著的變化,這個距離低于典型的電子之間距離。通過理論計算結果對該過程進行計算,結果驗證了實驗中的結果。該結果有助于理解其他二維材料系統(tǒng)中的多體研究。
文章要點:
單層石墨烯中的電子之間散射在和金屬柵極之間的距離<1 nm時發(fā)生明顯的抑制作用,這種近門區(qū)域能通過范德瓦爾斯作用的組裝體系實現。
M. Kim, et al. Control of electron-electron interaction in graphene by proximity screenings,Nature Commun 2020, 11,2339
DOI:10.1038/s41467-020-15829-1
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15829-1
6. Nature Commun.:瞬態(tài)軸手性策略應用于級聯卡賓/炔烴合成反應
在非對稱性手性合成反應中,手性分子的合成過程通常需要手性的傳遞過程(點手性、軸手性),該手性的傳遞過程通過手性催化劑進行,并在產物生成步中手性形成過程中進行。北京大學余志祥、中山大學徐新芳等發(fā)展了一種瞬態(tài)軸手性傳遞策略,實現了將催化劑上的點手性傳遞到二銠卡賓中間體形成軸手性,由于該過程是作用在過渡態(tài)上,因此作者稱之為瞬態(tài)軸手性策略。隨后這種瞬態(tài)的手性傳遞到C(sp2)-H鍵活化產物生成步,并且體現了較高的對映選擇性。作者將本策略成功應用在非對稱的級聯卡賓/炔烴復分解催化反應中,在生成手性9-芳基氟芳烴的反應中展現了高達99 %的ee值。作者通過密度泛函理論對反應機理進行研究。
文章要點:
1)反應優(yōu)化。通過二芳基重氮化合物作為反應物,Rh2(S-TCPTTL)4作為手性催化劑,反應中在叔丁基甲基醚(TBME)中反應有最好的結果,產物的產率達到92 %,手性選擇性達到82 %。其中反應中需要緩慢的將催化劑加入到重氮化合物中才能得到較高的手性選擇性。對反應物種類進行拓展,結果顯示電中性、缺電子、富電子芳環(huán)都能得到90~99 %的ee手性產物,同時產率保持90~96 %。
2)催化反應機理。計算結果顯示催化反應過程中,反應中間體優(yōu)先選擇生成S構型的Rh卡賓中間體,這是由于在S構型中間體中展現了催化劑中的手性配體和反應物的π-π堆疊相互作用。反應中重氮化合物不可逆的分解和活化過程同樣說明反應中S構型是更有利的結構。
Kuiyong Dong, et al. Transient-axial-chirality controlled asymmetric rhodium-carbene C(sp2)-H functionalization for the synthesis of chiral fluorenes,Nature Commun 2020, 11, 2363.
DOI:10.1038/s41467-020-16098-8
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16098-8
7. Chem. Soc. Rev.: 用于生物質轉化的MOF催化劑的研究進展
考慮到對可持續(xù)性的日益關注,生物質衍生燃料,化學品和材料的使用在未來幾年中將穩(wěn)定增長。生物質越來越多地被用作燃料和化學品的來源,作為化石原料的可再生替代品。纖維素、半纖維素和木質素被轉化為化合物,并從中衍生出大量結構不同的化合物。生物質轉化需要有選擇性的、穩(wěn)定的和廉價的催化劑。在石油化學的引領下,非均相催化主要是基于多孔材料,沸石是一種高效、可持續(xù)的烴類氣相高溫轉化催化劑。然而,由于傳統(tǒng)沸石的孔徑有限,這些結晶多孔材料在涉及更大尺寸多功能底物的液相反應中表現出非常低的活性。與沸石和其他固體催化劑相比,MOF具有優(yōu)異的催化活性。MOF作為替代多孔固體的新型催化劑具有高度的靈活性,以促進生物質轉化,包括纖維素和木質素的水解和解聚,以及異構化,脫水,氫化和氧化。
有鑒于此,華南理工大學的李映偉教授、印度馬杜賴卡瑪拉大學的Amarajothi Dhakshinamoorthy和西班牙瓦倫西亞科技大學Hermenegildo Garcia教授等人,綜述了金屬-有機骨架(MOFs)及其衍生物作為生物質轉化催化劑的研究進展。
本文要點:
1)綜述了MOFs和MOF基材料(功能化MOFs、MOF化合物和MOF衍生材料)在催化生物質轉化方面的應用。提出一種合理的方法來設計和制備基于MOF的生物質轉化催化劑,制備方法,然后描述結構與性能之間的關系。本綜述首先著重于材料的制備,關注結構MOF適應方法和在生物質轉化過程中用作催化劑的MOF衍生材料。然后總結了MOFs催化的生物質轉化反應。根據催化系統(tǒng)的復雜性對文獻研究進行了分類,從原始MOF材料開始,直到使用MOF衍生的金屬和包裹在碳上的金屬氧化物納米顆粒。
2)目前生物質轉化的研究主要以酸催化以及氫化和氧化為主。本綜述重點介紹了MOFs在調節(jié)酸性、結構和活性方面的各種可能性,以開發(fā)性能優(yōu)于傳統(tǒng)沸石催化劑的固體催化劑。MOF催化領域的新進展,特別是比類似3D材料更穩(wěn)定、更有活性的2D MOFs的使用,或可視為0D MOF的MOP,可能為進一步提高催化活性帶來新的機遇。而且,MOF在生物質轉化方面提供了超越統(tǒng)催化劑的機會,如電催化劑和光催化劑。
3)MOF在反應條件下的催化穩(wěn)定性問題是一些較大的挑戰(zhàn)。目前,通常通過測試連續(xù)重用后的催化數據來對比穩(wěn)定性,但這顯然不能令人滿意,因為它們不能確保反應速率在重復使用時是恒定的。生物質聚合物和單體是多功能有機分子。使用多功能催化劑在同一過程中發(fā)生多個基本轉化的串聯和級聯反應具有相當大的優(yōu)勢,可以簡化后處理并減少工藝步驟的數量。含有過渡金屬NP的酸性MOF是這些串聯反應最常用的催化劑。考慮到MOFs所提供的多功能性和靈活性,串聯反應將是未來發(fā)展的一個重要方向。
總之,該工作表明MOF作為催化劑在生物質轉化工業(yè)中具有巨大的應用前景。
Ruiqi Fang et al. Metal organic frameworks for biomass conversion. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00070A
https://doi.org/10.1039/D0CS00070A
8. Nano Letters: 調控溶液制備的鋰輝石固態(tài)電解質并用冷凍透射電鏡揭示其微結構
硫化物鋰輝石型無機固態(tài)電解質憑借其高離子電導率、高機械強度以及便于溶液方法制備等優(yōu)勢而在發(fā)展高比能全固態(tài)鋰電池中吸引了諸多關注。然而,目前溶液方法制備的鋰輝石電解質組分僅僅局限于Li6PS5X(X=Cl、Br、I),這些組分的離子電導率通常較低。近日,韓國蔚山國家科技研究院的Hyun-Wook Lee與漢陽大學的Yoon Seok Jung等通過溶液方法制備了一種離子電導率高達0.54mS/cm的Li 6.5 P 0.5 Ge 0.5 S 5 I固態(tài)電解質并利用冷凍透射電鏡對其微結構進行了研究。
本文要點:
1) 研究人員利用無水乙醇作為溶劑采用溶液方法制備了一系列基于I離子的Li 6 PS 5 I, Li 6+x P 1?x M x S 5 I (M = Ge, Sn)鋰輝石固態(tài)電解質材料。對于Li 6.5 P 0.5 Ge 0.5 S 5 I來說,其在30℃下的離子電導率高達0.54mS/cm,這是目前所報道的采用溶液方法制備的鋰輝石電解質的最高離子電導率。
2) 研究人員利用電化學阻抗譜、X射線衍射、拉曼光譜、對分布函數等方法對熱處理溫度和鋰輝石組分對電解質離子電導率和微結構的影響進行了系統(tǒng)研究。冷凍電鏡更是首次直接捕捉到了該固態(tài)電解質的局部納米結構。
3) 最后,研究人員將Li6.5P0.5Ge0.5S5I電解質與LiCoO2正極匹配為全固態(tài)鋰電池。該全固態(tài)電池在0.1C的電流密度下可逆容量高達155mAh/g。在0.2C的倍率下循環(huán)100周后的容量保持率高達94.9%。優(yōu)異的電化學性能和鋰輝石型固態(tài)電解質的高離子電導率以及內部緊密的離子接觸有關。
Yong Bae Song et al, Tailoring Solution-Processable Li Argyrodites Li6+xP1–xMxS5I (M = Ge, Sn) and Their Microstructural Evolution Revealed by Cryo-TEM for All-Solid-State Batteries, Nano Letters, 2020
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01028
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01028
9. Angew:Ag2Au50(PET)36納米簇:通過銀原子實現Au25(PET)18的二聚體組裝
原子精確的金屬納米團簇的組裝對深入理解納米顆粒的分級組裝具有重要意義,是近年來的研究熱點。然而,在分子或原子水平上可控地組裝單個納米團簇仍然極具挑戰(zhàn)性。近日,南京大學Yan Zhu,北京科技大學Mingyang Chen等報道報告了Au25(PET)18(PET = 2-苯基乙硫醇)的二聚體組裝,其中兩個Au25(PET)18單體被兩個Ag原子橋接在一起,形成Ag2Au50(PET)36二聚體納米簇。
本文要點:
1)作者對合成的二聚體進行了X射線單晶衍射,電噴霧電離質譜(ESI-MS)等表征,確定了Ag2Au50(PET)36二聚體的結構與組成;并發(fā)現該二聚體在光學,電子和催化性能方面與Au25(PET)18單體不同。
2)通過實驗和理論相結合的方法,作者發(fā)現Ag2Au50(PET)36二聚體的形成可歸因于Au+和NO3–之間相對較弱的親和力,且配體的阻礙作用有效地阻止了Ag2Au50(PET)36二聚體的進一步生長。
該工作提供了一種可行的策略用于精確地調控具有可控制的結構和性能的金屬納米簇的組裝。
Xu Liu, et al. Ag2Au50(PET)36 Nanocluster: Dimeric Assembly of Au25(PET)18 Enabled by Silver Atoms. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202005087
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202005087
10. AM:具有類似三明治的結合位點,化學穩(wěn)定的Hofmann型金屬有機骨架可用于基準乙炔捕獲
通過吸附實現用于從吸附劑中選擇性地分離乙炔(C2H2)和其他多種氣體(例如二氧化碳和乙烯)的多孔材料具有重要意義,然而目前在石化工業(yè)中具有一定的挑戰(zhàn)性。有鑒于此,浙江大學李斌教授,錢國棟教授報道了化學上穩(wěn)定的Hofmann型金屬有機骨架(MOF),Co(pyz)[Ni(CN)4](稱為ZJU-74a),其具有三明治樣的結合位點,可用于基準C2H2的捕獲和分離。
文章要點:
1)氣體吸附等溫線顯示ZJU-74a具有創(chuàng)紀錄的C2H2捕獲能力(0.01 bar和296 K時為49 cm3 g-1)。因此,在環(huán)境條件下分別對C2H2/CO2(36.5),C2H2/C2H4(24.2)和C2H2/CH4(1312.9)分離具有超高選擇性,其中C2H2/CO2選擇性是迄今為止報道的所有穩(wěn)健MOF中最高的。
2)理論計算表明,ZJU-74a中相對相鄰的鎳中心與不同層的氰化物基團可以構成夾心型吸附位點,從而為C2H2分子提供雙重強而協同的相互作用,進而導致其具有超高的C2H2捕獲率能力和選擇性。
3)研究人員通過在環(huán)境條件下50/50(v/v)C2H2/CO2、1/99 C2H2/C2H4和50/50 C2H2/CH4混合氣體的模擬和實驗穿透曲線證明了ZJU-74a具有出色的分離性能。
Jiyan Pei, et al, A Chemically Stable Hofmann-Type Metal?Organic Framework with Sandwich-Like Binding Sites for Benchmark Acetylene Capture, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.201908275
https://doi.org/10.1002/adma.201908275
11. AM:促進金屬納米晶電化學固氮的表面硫族化通用策略
相對于高耗能的Haber-Bosch工藝,采用電催化氮氣還原反應(NRR)是一種很有前途的固氮工藝。而傳統(tǒng)的電催化劑由于表現不佳,路徑緩慢,因此要實現N2的解離以提高NRR具有極大的挑戰(zhàn)。眾所周知,作為電催化劑的核心,由于催化反應通常發(fā)生在催化劑表面,以調節(jié)中間體的吸附能、活化能和反應通道,使得金屬基催化劑的催化性能與其表面性質密切相關。因此,對金屬基催化劑進行適當的表面改性對提高NRR具有重要意義。
有鑒于此,蘇州大學黃小青教授報道了一種在金屬納米晶(NCs)上進行表面硫族化的通用而有效的策略來制備高效的NRR電催化劑,該催化劑的活性、FE和在常溫下的耐久性都有很大的提高。
文章要點:
1)研究人員通過兩步后修飾方法制備出Rh-Se NCs。第一步,通過在乙二醇(EG)溶液中用苯酚還原氯化銠(RhCl3)來合成均勻的Rh NCs。然后將這些制備的Rh NCs用作具有表面硒化作用的Rh-Se NCs的生長種子。為了實現對Rh-Se NCs的精細控制,使用H2SeO3對于Rh NCs的硒化非常重要。
2)與純金屬NCs相比,表面硫屬金屬NCs顯著提高了NH3的生成速率,并且由于電子結構的變化,其朝向NRR的FE顯著增加,這不僅增強了N2吸附,而且降低了NRR的勢壘并抑制了HER發(fā)生。
3)經過優(yōu)化的表面硒化Rh NCs(Rh-Se NCs)在0.10 m HCl中表現出出色的NRR性能,其中具有175.6±23.6 mg h-1 g-1Rh(2.9±0.4×10-10 mol s-1 cm?2)的NH3的高產率并實現了13.3±0.4%的高FE。在NH3產率和FE方面,這一卓越的性能分別比原始Rh NC分別高出16倍和15倍。此外,該納米催化體系還顯示出出色的穩(wěn)定性,其中在相對于RHE的-0.10 V下經過5個反應循環(huán)和18 h電還原后,催化劑的變化可忽略不計。
4)密度泛函理論(DFT)計算表明,通過界面應變效應的引入,Rh-Se NCs體系中催化活性與電子活性之間呈正相關。在殼應變調節(jié)趨勢內,異常氧化還原反演對于合并表面的Rh-4d和Se-4p譜帶起關鍵作用。在Rh-Se NCs表面上,Se位點促進了N物種與附近Rh位點之間的電子轉移速率。同時,具有氧化還原反轉的Se位點有助于穩(wěn)定Rh位點的較低價態(tài),以保持高的電子活性。其為同時實現高電子活性和NRR性能具有關鍵作用。
這種表面硫族化策略是通用的,容易適用其他金屬納米晶以具有優(yōu)異的NRR性能。
Chengyong Yang, et al, A Generalized Surface Chalcogenation Strategy for Boosting the Electrochemical N2 Fixation of Metal Nanocrystals, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202001267
https://doi.org/10.1002/adma.202001267
12. AFM:用于可穿戴式能量存儲器件的MXene基纖維,紗線和織物
基于紡織的超級電容器(TSC)的發(fā)展得益于導電材料的創(chuàng)新。Ti3C2Tx是MXene家族的成員,由于其贗電容特性,以其金屬導電性和在酸性電解質中的高體積電容而著稱。最近很多文獻報道了將Ti3C2Tx集成到TSC中的方法,基于此,澳大利亞迪肯大學Joselito M. Razal,美國德雷塞爾大學Yury Gogotsi和Genevieve Dion等人發(fā)文綜述了用于生產基于MXene的纖維,紗線和織物技術。
本文要點:
1) 有兩種方法可以將活性材料(包括MXene)引入紡織物結構中,以實現能量存儲功能。一種方法是用電化學活性材料涂覆纖維或紗線,例如棉,聚酯和尼龍。另一種方法是將活性材料引入紡絲配方中,并通過熔融紡絲,濕紡,靜電紡絲或其他方法生產定制的復合纖維。
2) 纖維電極的主要功能是存儲電荷,這可以通過提高孔隙率,開放的表面以及進行氧化還原反應能力來實現。另一個關鍵需求是高電導率,它可以減少內部的能量損耗,從而提供更好的倍率性能。
3) 目前織物儲能器件的兩個主要挑戰(zhàn):i)將纖維電極的尺寸從厘米擴大到米;ii)改善纖維的機械性能,以承受纖維在紡織品制造過程中的機械應力。
Ariana Levitt, et al., MXene‐Based Fibers, Yarns, and Fabrics for Wearable Energy Storage Devices, Adv. Funct. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adfm.202000739
https://doi.org/10.1002/adfm.202000739