1. Chem. Rev.: 基于金屬有機(jī)框架的酶生物復(fù)合材料
由于酶的效率、選擇性和環(huán)境可持續(xù)性，酶在化學(xué)合成和生物技術(shù)中有重要的機(jī)遇。然而，由于酶的三維活性結(jié)構(gòu)主要是由較弱的非共價(jià)相互作用來維持的，熱、pH和化學(xué)應(yīng)激因子可以修飾或消除活性。金屬有機(jī)骨架是一種由金屬基節(jié)點(diǎn)和有機(jī)連接體自下而上組裝成的可擴(kuò)展多孔網(wǎng)絡(luò)材料，可用于保護(hù)酶。當(dāng)在生物分子存在下合成MOF時(shí)，它的自組裝結(jié)構(gòu)可用于封裝酶的過程中，這一過程稱為包封。另外，酶可以通過共價(jià)或非共價(jià)過程滲透到介孔MOF結(jié)構(gòu)或表面結(jié)合。以這種方式整合MOF材料和酶可提供保護(hù)，并使酶在挑戰(zhàn)條件下（例如變性劑，高溫，非天然pH值和有機(jī)溶劑）保持活性。除了形成簡單的酶/MOF生物復(fù)合材料外，還可將其他材料引入復(fù)合材料，以提高回收率或促進(jìn)傳感和燃料電池技術(shù)的先進(jìn)應(yīng)用。有鑒于此，澳大利亞阿德萊德大學(xué)Christian J. Doonan和奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué) Paolo Falcaro等人，綜述了酶的包封、孔隙滲透和表面吸附等保護(hù)酶的方法，并總結(jié)了形成多組分復(fù)合材料的策略。此外，鑒于酶/MOF生物復(fù)合材料跨越了材料化學(xué)和酶學(xué)，介紹了用于MOF固定化酶的表征方法，并確定了一些關(guān)鍵參數(shù)以促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展。1）基于合成方法對酶生物復(fù)合材料進(jìn)行了分類，有六類酶(氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶和連接酶)，由于它們催化的反應(yīng)類型，可能更適合包含在三種主要方法之一形成的生物復(fù)合材料中。此外，當(dāng)將多個(gè)亞基組成的酶或需要輔因子的酶封裝在MOF中時(shí)，可以得到更有效的保護(hù)。2）僅考慮酶的種類，不考慮酶的組成、大小和輔助因子要求，通常涉及底物(如氧化還原酶或異構(gòu)酶)或底物裂解（例如水解酶或裂解酶）的微小變化的反應(yīng)類型很可能允許將其合并到包裹或滲透形成的生物復(fù)合材料中;這些酶類的產(chǎn)物不應(yīng)受到擴(kuò)散限制的影響，因?yàn)楫a(chǎn)物的大小與底物相當(dāng)或更小。例如，氧化還原酶和水解酶/裂解酶類，包括商用過氧化氫酶、辣根過氧化物酶和脲酶已被廣泛用于一鍋包封。此外，轉(zhuǎn)移酶和連接酶在底物擴(kuò)散效應(yīng)方面可能更適合于表面固定化或浸潤。關(guān)于一鍋合成，可以通過缺陷工程和MOF矩陣的結(jié)構(gòu)化來實(shí)現(xiàn)克服擴(kuò)散限制的方法。3）考慮孔網(wǎng)絡(luò)對于促進(jìn)底物和輔因子的進(jìn)入至關(guān)重要。這可以包括提供一個(gè)單獨(dú)的通道以促進(jìn)輔助因子的進(jìn)入和流出。取決于輔助因子的大小，這對于使用已建立的MOF，例如ZIF-8，通過一鍋封裝程序封裝的酶來說可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。此外，在這種情況下，假設(shè)可以通過這些生物復(fù)合物提供的保護(hù)水平略有降低而維持酶的活性和穩(wěn)定性，則表面附著可能是一個(gè)更有利的主張。在MOF孔網(wǎng)絡(luò)內(nèi)滲透非常高分子量的酶也將具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)榇诉^程將需要具有適當(dāng)大直徑通道的穩(wěn)定框架。雖然一些大直徑和高分子量的酶是基于單個(gè)蛋白質(zhì)亞基的，但大多數(shù)是由多個(gè)亞基組成的。鑒于這些亞基是通過分子間相互作用組裝的，將其封裝在MOF的保護(hù)范圍內(nèi)可能是最有效的保護(hù)方法。但是，必須選擇能夠使酶保持完整的合成條件。
復(fù)合材料學(xué)術(shù)QQ群：519181225Weibin Liang et al. Metal–Organic Framework-Based Enzyme Biocomposites. Chem. Rev., 2021.DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01029https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c01029
2. Joule：首次直接觀察鈣鈦礦表面區(qū)域p到n型轉(zhuǎn)變
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的非輻射復(fù)合限制了其功率轉(zhuǎn)換效率。華東師范大學(xué)Qinye Bao，國家納米科學(xué)技術(shù)中心Liming Ding和林雪平大學(xué)Mats Fahlman 等人首次直接觀察到缺陷鈍化過程中鈣鈦礦MAPbI3表面區(qū)域能量從p-到n型的完全轉(zhuǎn)變，這歸因于鈣鈦礦活性層中p-n同質(zhì)結(jié)的自發(fā)形成。1）研究證明，天然添加劑辣椒素產(chǎn)生的p-n同質(zhì)結(jié)位于鈣鈦礦表面以下約100 nm。高能轉(zhuǎn)變和缺陷鈍化促進(jìn)了體相鈣鈦礦層和鈣鈦礦/PCBM界面處的電荷傳輸，從而抑制了缺陷輔助復(fù)合和界面載流子復(fù)合。2）基于p-i-n倒置結(jié)構(gòu)，研究人員實(shí)現(xiàn)了21.88％的效率和83.81％的填充因子，這兩個(gè)值都是迄今為止報(bào)道的基于多晶MAPbI3薄膜器件的最高記錄值，同時(shí)還具有出色的器件穩(wěn)定性。該協(xié)同缺陷鈍化和通過添加劑進(jìn)行能量修飾的新概念為進(jìn)一步提高PSC性能提供了巨大的潛力。
光電器件學(xué)術(shù)QQ群：474948391Shaobing Xiong et al. Direct Observation on p- to n-Type Transformation of Perovskite Surface Region during Defect Passivation Driving High Photovoltaic Efficiency，Joule，2021.https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.12.009https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120306085#!
3. Nature Commun.：一種用于高效全天候被動(dòng)輻射冷卻的結(jié)構(gòu)聚合物
最近，通過反射陽光和輻射熱量到超冷的外層空間的全天候被動(dòng)輻射冷卻引起了人們極大的關(guān)注。雖然已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但在制造全天候、高效率、低成本的輻射制冷器方面仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。近日，復(fù)旦大學(xué)武利民教授報(bào)道了一種具有分層結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）薄膜，其具有微孔陣列和隨機(jī)納米孔相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，用于高效的日間和夜間被動(dòng)輻射冷卻。1）首先采用簡單的單向摩擦組裝方法，制造了六角密排的5 μm SiO2陣列。然后將PMMA和200 nm SiO2納米球在丙酮中的分散液滲透到SiO2單層模板中。丙酮在空氣中快速蒸發(fā)后，所獲得的PMMA/SiO2復(fù)合材料顯示出隨機(jī)分布的SiO2納米球和規(guī)則分布的SiO2微球。最后通過在氫氟酸水溶液中蝕刻除去SiO2納米球和單層模板后，可以獲得具有規(guī)則對稱微孔（直徑約4.6 μm）和隨機(jī)納米孔（平均直徑約250 nm）的分層多孔陣列PMMA（PMMAHPA）膜。2）所得到的PMMAHPA薄膜表現(xiàn)出優(yōu)良的￣ρsolar（0.95）和￣εLWIR (0.98)，不僅夜間亞環(huán)境降溫高達(dá)8.2°C，中午從6.0 °C到8.9 °C，在900 W/m2的太陽強(qiáng)度下，平均制冷功率為85 W/m2，而且在在炎熱潮濕的氣候條件下，即使在太陽強(qiáng)度達(dá)到930 W/m2、相對濕度為64%的條件下，降溫也有望達(dá)到5.5 ℃。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算均表明，PMMAHPA薄膜表面的致密微孔陣列和隨機(jī)納米孔在提高太陽反射率和熱發(fā)射率方面起著至關(guān)重要的作用，這為設(shè)計(jì)出色的被動(dòng)日間輻射冷卻（PDRC）技術(shù)提供了深刻的見解。
Wang, T., Wu, Y., Shi, L. et al. A structural polymer for highly efficient all-day passive radiative cooling. Nat Commun 12, 365 (2021).DOI：10.1038/s41467-020-20646-7https://doi.org/10.1038/s41467-020-20646-7
4. Nature Commun.：混合鹵化物鈣鈦礦用于光譜穩(wěn)定和高效藍(lán)色發(fā)光二極管
明亮高效的藍(lán)色發(fā)光是進(jìn)一步發(fā)展金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管的關(guān)鍵。盡管調(diào)整溴化物/氯化物的組成很容易實(shí)現(xiàn)藍(lán)色發(fā)光，但是由于較差的顏色穩(wěn)定性和嚴(yán)重的光致發(fā)光淬滅，該策略的實(shí)際實(shí)施一直具有挑戰(zhàn)性。林雪平大學(xué)Weidong Xu和Feng Gao等人解決了混合鹵化物鈣鈦礦中的這些關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并報(bào)道了在490至451nm的寬發(fā)射波長范圍內(nèi)光譜穩(wěn)定的藍(lán)色鈣鈦礦發(fā)光二極管。
1）鈣鈦礦前驅(qū)體組成：FA+：Pb2+：[Br1-x + Clx]-= 1.2：0.3：1：3.5（x = 30％–57％）。在x低于20％的情況下，我們沒有觀察到任何顏色不穩(wěn)定性問題。同時(shí)，在鈣鈦礦前體中引入TTDDA作為鈍化劑以減少缺陷。2）通過改變鹵化物組成直接調(diào)節(jié)發(fā)射顏色。基于三維鈣鈦礦的藍(lán)色光二極管顯示出較高的11.0％EQE值，發(fā)光峰分別位于477 nm，峰值亮度為2180 cd m-2，CIE坐標(biāo)為（0.107，0.115）。基于深藍(lán)色鈣鈦礦發(fā)光二極管的EQE值為11.0％5.5％，發(fā)光峰分別位于467 nm，CIE坐標(biāo)為（0.130，0.059）接近2020 Rec年規(guī)定的原色藍(lán)色（primary blue）。通過蒸氣輔助結(jié)晶（VAC）技術(shù)沉積鈣鈦礦薄膜，可以顯著減輕了局部成分的異質(zhì)性和離子遷移。
發(fā)光材料與器件學(xué)術(shù)QQ群：529627332Karlsson, M., Yi, Z., Reichert, S. et al. Mixed halide perovskites for spectrally stable and high-efficiency blue light-emitting diodes. Nat. Commun.12, 361 (2021).https://doi.org/10.1038/s41467-020-20582-6https://www.nature.com/articles/s41467-020-20582-6#citeas
5. Nano Letters：用于近零反射電磁波吸收器的層狀鋁
理想的電磁（EM）吸收器可以吸收所有入射的EM波，而與入射方向，極化和頻率無關(guān)。吸收率和反射率是與電導(dǎo)率密切相關(guān)的固有材料特性。因此，以零反射率實(shí)現(xiàn)完美的吸收率極具挑戰(zhàn)性。近日，韓國延世大學(xué)Wooyoung Shim報(bào)道了一種設(shè)計(jì)策略，該策略基于層狀金屬以制備近乎理想的EM吸收器，這種EM吸收器通過利用多個(gè)內(nèi)部反射來最大化吸收，并使用本征阻抗的單調(diào)梯度來最小化反射。1）研究人員通過拓?fù)浠瘜W(xué)刻蝕反應(yīng)合成了Li-Al化合物的納米薄片，以產(chǎn)生具有分層鋁的阻抗?jié)u變結(jié)構(gòu)。這種漸進(jìn)的結(jié)構(gòu)不均勻性將EM波入射時(shí)的反射降至最低，與吸收相比，允許超低反射。2）所制備的薄膜厚度為69?222 μm，其吸收（SEA）和反射（SER）屏蔽效率分別大于20 dB和約0.1 dB，吸收反射比(SEA/SER)高達(dá)3.03×103，是現(xiàn)有同類厚度屏蔽材料的一百多倍。因此，這種EM吸收器具有與理想的EM吸收器相似的特性。所提出的策略不僅僅適用于鋁，從而為開發(fā)更廣泛的抗反射EM吸收材料鋪平了道路。
Taehoon Kim, et al, Layered Aluminum for Electromagnetic Wave Absorber with Near-Zero Reflection, Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04593https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04593
6. Angew：利用低成本抗溶劑提高鋅電極在水電解質(zhì)中的可逆性
在大規(guī)模儲能應(yīng)用中，具有低成本、易于制造、安全且環(huán)保的可充電水系鋅離子電池被視為鋰離子電池的實(shí)用替代品。然而，由于金屬鋅負(fù)極在弱酸性電解液中的較差的可逆性，水系鋅離子電池還無法滿足市場需求。抗溶劑沉淀是基于配位化學(xué)和抗溶劑效應(yīng)的綜合作用，用于藥物、聚合物和鈣鈦礦的結(jié)晶。近日，澳大利亞阿德萊德大學(xué)喬世璋教授，伍倫貢大學(xué)郭再萍教授報(bào)道了一種實(shí)用且低成本的抗溶劑方法在分子水平上調(diào)節(jié)ZnSO4電解質(zhì)以提高Zn的化學(xué)可逆性。1）通過將甲醇添加到ZnSO4電解質(zhì)中（Anti-M-50%），Zn2+溶劑化鞘中的自由水和配位水會逐漸與抗溶劑相互作用，從而使水活度最小化并削弱Zn2+溶劑化，析氫和副產(chǎn)物Zn4SO4(OH)6·xH2O得到有效抑制。此外，原位光學(xué)顯微鏡記錄的視頻證實(shí)，在Anti-M-50%中實(shí)現(xiàn)了無枝晶Zn沉積。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在25°C下，Anti-M-50%電解液中Zn電極的平均CE顯著高于在2 M ZnSO4電解液中的平均CE，分別為99.7%和96.6%。重要的是，這種低成本的策略可以用于其他溶劑，包括乙醇和正丙醇。此外，在-20 °C和60 °C的惡劣條件下，Zn電極在Anti-M-50%電解液中均表現(xiàn)出較高的電鍍/剝離性能。同時(shí)，這種低成本的抗溶劑電解液也使得Zn/PANI紐扣電池和軟包電池具有極高的可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性。
電池學(xué)術(shù)QQ群：924176072Junnan Hao, et al, Boosting Zn electrode reversibility in aqueous electrolyte using low-cost antisolvents, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202016531https://doi.org/10.1002/anie.202016531
7. Angew：柱-籠氟化雜化多孔骨架用于高效乙炔儲存與分離
尋求一種高效、低能耗的技術(shù)實(shí)現(xiàn)C2H2/CO2分離具有重要意義。然而，由于非常相似的物理性質(zhì)以及分子大小和形狀的細(xì)微差異，從C2H2/CO2混合氣體中有效地吸附C2H2仍然充滿挑戰(zhàn)性。近日，中科院福建物構(gòu)所吳明燕研究員報(bào)道了合成了一種具有ith-d拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的超穩(wěn)定氟化雜化多孔材料[Cu3(TPA)4(SiF6)3]n（簡稱SIFSIX-Cu-TPA）。1）與柱層氟化材料完全不同，SIFSIX-Cu-TPA具有獨(dú)特的柱籠結(jié)構(gòu)，其中SiF62-陰離子交聯(lián)兩個(gè)相鄰的金屬節(jié)點(diǎn)作為柱，以穩(wěn)定由二十面體和四面體籠構(gòu)成的三維骨架。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，SIFSIX-Cu-TPA具有高的BET表面積（1330 m2/g）和高C2H2吸附容量（在298 K和1 bar下達(dá)到185 cm3/g）。同時(shí)，由于CO2和C2H2的吸附性能存在明顯差異，特別是在低壓區(qū)，SIFSIX-Cu-TPA還表現(xiàn)出優(yōu)異的C2H2/CO2分離性能（在298 K和1 bar下的穿透時(shí)間（breakthrough time）高達(dá)68 min/g）。
多孔材料學(xué)術(shù)QQ群：813094255Hao Li, et al, An Unprecedented Pillar-cage Fluorinated Hybrid Porous Framework with Highly Efficient Acetylene Storage and Separation, Angew. Chem. Int. Ed., 2021DOI: 10.1002/anie.202013988https://doi.org/10.1002/anie.202013988
8. Angew: 一種高效的Turing型Ag2Se-CoSe2多界面析氧電催化劑
盡管圖靈結(jié)構(gòu)或固定的反應(yīng)-擴(kuò)散模式在生物學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注，但在無機(jī)固體上制造這種不尋常的模式從根本上來說是具有挑戰(zhàn)性的。有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高敏銳教授等人，利用擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)的不穩(wěn)定性在CoSe2納米帶上產(chǎn)生Turing型Ag2Se。1）報(bào)告了Turing型Ag2Se（Ag2Se）納米結(jié)構(gòu)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)演示，該結(jié)構(gòu)通過使Ag（DETA）+絡(luò)合物（DETA =二乙烯三胺）與CoSe2在室溫下的DETA-去離子水（DIW）二元溶液中反應(yīng)而在二硒化鈷（CoSe2）納米帶上合成。從CoSe2到Ag2Se的轉(zhuǎn)化是一個(gè)熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)過程。2）在DETA-DIW體系中，低遷移率的Co2+是活化劑（擴(kuò)散系數(shù)：2.317×10-7 cm2 s-1），而快速擴(kuò)散的Ag（DETA）+是抑制劑（擴(kuò)散系數(shù)：3.518×10- 6 cm2 s-1），導(dǎo)致靠近CoSe2表面的能斯特層受到擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)的不穩(wěn)定性，產(chǎn)生圖靈型結(jié)構(gòu)。3）所得的Turing型Ag2Se-CoSe2材料具有豐富的Ag2Se-CoSe2界面，在堿性電解質(zhì)中催化析氧反應(yīng)(OER)非常有效，陽極能量效率達(dá)到84.5%。電化學(xué)測量表明，固有的OER活性與Ag2Se-CoSe2界面的長度呈線性相關(guān)，這表明這種Turing型界面是OER更具活性的位點(diǎn)。結(jié)合X射線吸收和計(jì)算模擬，優(yōu)異的OER性能歸因于非常規(guī)界面上關(guān)鍵含氧中間體的優(yōu)化吸附能。
電催化學(xué)術(shù)QQ群：740997841Min-Rui Gao et al. An efficient Turing‐type Ag2Se‐CoSe2 multi‐interfacial oxygen‐evolving electrocatalyst. Angew., 2021.DOI: 10.1002/anie.202017016https://doi.org/10.1002/anie.202017016
9. EES：用于高性能儲能的穩(wěn)定有效的聚共晶電解質(zhì)
固體聚合物電解質(zhì)（SPE）作為用于下一代固態(tài)堿金屬電池現(xiàn)有液體電解質(zhì)的一種有前途的替代品，具有更好的安全性和更高的性能。然而，現(xiàn)有的SPEs存在離子電導(dǎo)率低以及有限的滿足實(shí)際應(yīng)用的化學(xué)性質(zhì)等問題。近日，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授，蘇州大學(xué)趙宇教授報(bào)道了一類用于高性能儲能的新型聚共晶（polyeutectic）電解質(zhì)（PEE）。1）堿雙(三氟甲磺酰亞胺)鹽（LiTFSI、NaTFSI和KTFSI）與N-異丙基丙烯酰胺分子(聚合物前體)之間的相互作用在共晶電解質(zhì)的形成和隨后的聚合過程中都起著重要的作用。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所制備的PEE在室溫下具有1.3×10-4 S cm-1的高離子電導(dǎo)率和寬的電化學(xué)窗口，在對稱電池和全固態(tài)堿金屬電池中都具有高容量和良好的穩(wěn)定性。此外，當(dāng)用作氧化還原液流電池的隔膜時(shí)，與商用Celgard隔膜(約95%)相比，改進(jìn)后的隔膜顯著提高了電池庫侖效率（近99.9%）。研究工作展示了PEE在高性能電能儲存中的有效性和多功能性。
電池學(xué)術(shù)QQ群：924176072
Changkun Zhang, et al, Polyeutectic-based stable and effective electrolytes for high-performance energy storage systems, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE03100C
10. Nano Energy: 平面電化學(xué)微器件揭示表面P-O基團(tuán)在P摻雜Co3O4電催化析氧中的作用
過渡金屬磷化物或部分磷化的氧化物在析氧反應(yīng)(OER)中通常會進(jìn)行表面重構(gòu)，但其催化活性仍比直接合成的氧化物強(qiáng)，這引起了人們對探索這種高催化活性的原因的極大興趣。在OER過程中監(jiān)測催化劑的電子性質(zhì)可以提供對催化能力的重要見解。有鑒于此，武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授、趙焱教授和羅雯等人，設(shè)計(jì)了一種基于單個(gè)薄膜催化劑的平面電化學(xué)微器件，證明了在重構(gòu)的晶格磷摻雜Co3O4薄膜中，Co3O4物種與表面P-O基團(tuán)之間的電子耦合效應(yīng)。1）通過設(shè)計(jì)基于單個(gè)P1-Co3O4薄膜的平面電化學(xué)微型器件，首次測量了重構(gòu)的晶格摻磷Co3O4的電導(dǎo)率，并建立了重構(gòu)過程中晶格摻磷Co3O4的固有電導(dǎo)率與電化學(xué)活性之間的關(guān)系。在存在導(dǎo)電的Au襯底的情況下，重構(gòu)的晶格磷摻雜的Co3O4在10 mA / cm2處顯示出320 mV的最低過電勢。2）此外，結(jié)合片上電化學(xué)阻抗譜測量，原位IV測量和重構(gòu)磷化物的理論模擬，闡明了P-O基團(tuán)對新形成的氧化物的影響。證明了新形成的氧化物與P-O基團(tuán)之間的誘導(dǎo)電子偶聯(lián)。P-O基團(tuán)的偶聯(lián)有效促進(jìn)了新形成氧化物的金屬-氧共價(jià)，從而加速了活性金屬中心與氧吸附物之間的電子轉(zhuǎn)移，從而增強(qiáng)了電催化活性。3）通過DFT計(jì)算，從理論上證明了Co3O4中耦合的P-O基團(tuán)可以縮短Co 3d和O 2p能帶中心之間的能量差（更強(qiáng)的Co-O共價(jià)），有效地將PDS的自由能壘從2.97降低到2.11 eV，從而促進(jìn)OER活性。總之，該工作突出了Co3O4表面P-O基團(tuán)在OER過程中的作用，這種獨(dú)特的片上電化學(xué)微器件平臺也可以應(yīng)用于其他相關(guān)領(lǐng)域，以了解納米尺度下材料的動(dòng)態(tài)行為。
電催化學(xué)術(shù)QQ群：740997841Xunbiao Zhou et al. Unveiling the Role of Surface P-O Group in P-doped Co3O4 for Electrocatalytic Oxygen Evolution by On-chip Micro-device. Nano Energy, 2021.DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105748https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105748
11. Nano Energy：一種用于制備鋰氧電池多孔炭的通用方法
開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、納米、可控、通用的生物質(zhì)基碳材料制備方法是生物質(zhì)基碳材料在能源領(lǐng)域應(yīng)用的主要瓶頸。近日，美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室陸俊教授，Khalil Amine，北京理工大學(xué)姚瑩副研究員報(bào)道了一種由疏松碳納米球團(tuán)簇組成的生物質(zhì)碳納米材料，其由準(zhǔn)球形納米碳顆粒構(gòu)成，具有開放的分層結(jié)構(gòu)，非剛性的狹縫狀孔隙。這種孔結(jié)構(gòu)可以容納更多的放電產(chǎn)物，有利于液相和氣態(tài)反應(yīng)物的擴(kuò)散，并具有良好的催化活性、導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。因此可以作為高性能Li-O2電池的理想正極材料。1）研究人員以植物的三種基本有機(jī)成分（木質(zhì)素、半纖維素和纖維素）和一種生物質(zhì)廢棄物（柚皮）為原料，制備了一系列具有不同粒徑的準(zhǔn)球形納米碳材料，證明了該合成方法的普適性和規(guī)模化制備的潛力。2）研究人員詳細(xì)分析了碳材料制備過程的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)原料組成對合成的碳納米球的直徑具有有顯著影響。在水解和碳化制備過程中，生物質(zhì)大分子首先被完全水解成可溶于酸性溶液的小分子，然后在液相碳化環(huán)境中進(jìn)行碳化并各向同性地生長成均勻的納米碳球。3）當(dāng)將這些多孔納米碳球堆積而成的疏松團(tuán)簇應(yīng)用于氧陰極時(shí)，其獨(dú)特的開孔結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出快速的傳質(zhì)性能，可以容納大量的放電產(chǎn)物。同時(shí)，XPS分析表明，碳材料中的大部分雜原子可以被剝離，從而降低了含氧基團(tuán)的濃度，降低了缺陷結(jié)構(gòu)，保證了制備的碳材料具有較好的導(dǎo)電性和良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系列碳材料具有較高的放電比容量，在0.02 mA cm-2的電流密度下的放電比容量均超過11985 mA h g-1。此外，柚皮衍生的碳材料不僅具有20300 mA h g-1的超高比容量，并且還具有極長的循環(huán)壽命，在500 mA h g-1的受控放電-充電深度下，電流密度為0.2 mA cm-2時(shí)，在543個(gè)循環(huán)中保持100％的循環(huán)容量。低成本且可廣泛獲得的可再生前驅(qū)體，可大規(guī)模應(yīng)用的簡單制備方法，可控制的碳納米球尺寸及其出色的性能，使得這種類型的碳材料有望成為一種理想的Li-O2正極材料。
電池學(xué)術(shù)QQ群：924176072Tuo Zhao, Ying Yao, Yifei Yuan, Meiling Wang, Feng Wu, Khalil Amine and Jun Lu, A universal method to fabricating porous carbon for Li-O2 battery, Nano Energy, (2020)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105782https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105782
12. ACS Nano：Ti3C2TX Mxene限域的Zn?Br鹵化物水溶液的氧化還原化學(xué)
鹵化物水溶液氧化還原電池具有高安全性和高成本效益的優(yōu)點(diǎn)，是解決間歇性能源問題的理想選擇。然而，由于具有流動(dòng)性和危險(xiǎn)的腐蝕性，絕緣性活性物質(zhì)（Br2）幾乎很難被約束在傳統(tǒng)的導(dǎo)電載體（主要是碳材料），以實(shí)現(xiàn)有效的氧化還原而沒有穿梭效應(yīng)。因此，很難開發(fā)出先進(jìn)的固定式Br2基儲能器件。2D MXenes具有優(yōu)異的親水性、局部手風(fēng)琴狀微結(jié)構(gòu)、豐富的表面端基和優(yōu)異的導(dǎo)電性，在理論上與可以與Br2相容，便于轉(zhuǎn)化過程所需的有效電子傳輸。有鑒于此，香港城市大學(xué)支春義教授，Jun Fan報(bào)道了一種有效的電沉積策略，以實(shí)現(xiàn)Br2均勻插入到Ti3C2TX MXene主體的層間空間中（Br- Ti3C2TX）。1）首先經(jīng)過刻蝕后，Al的去除和表面端基的產(chǎn)生在Ti3C2TX MXene中引入了排列的層間間隙。然后以ZnBr2水溶液為Br源，在電場的驅(qū)動(dòng)下，將游離的Br-離子填充到Ti3C2TX正極的內(nèi)部納米孔中，然后失去電子，在高電位下轉(zhuǎn)變?yōu)橹行缘腂r2。與直接利用具有大半徑的強(qiáng)腐蝕性Br2相比，該方法更安全，更有效。通過電化學(xué)分析和密度泛函理論（DFT）模擬，研究人員證實(shí)了Br0/Br?對的直接氧化還原作用。更重要的是，得益于Ti3C2TX MXene對Br物種的限域效應(yīng)和天然親和力，穿梭效應(yīng)得到有效抑制。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在與鋅負(fù)極相匹配時(shí)，Br?Ti3C2TX正極在1 M三氟甲磺酸鋅（Zn(OTf)2）電解液中可以長期循環(huán)，2000次循環(huán)后容量保持率達(dá)81%。值得注意的是，整個(gè)氧化還原過程是一步完成，在離子和元素態(tài)之間進(jìn)行循環(huán)，并釋放出高達(dá)1.75 V的放電平臺，接近理論值（1.84 V vs Zn2+/Zn）。有效的電子傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能，在0.5 A和4.0 A g-1下的容量分別為179.6和136.5 mAh g-1，最高能量密度達(dá)到259 Wh kg?1Br（144Wh kg?1Br-Ti3C2Tx）。此外，基于抗凍電解質(zhì)，研究人員揭示了Br?Ti3C2TX在低溫條件下具有快速轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)的氧化還原化學(xué)特性。即使在-15 °C下，容量也可以保持在室溫下的69％。更重要的是，在?15 °C下循環(huán)壽命達(dá)到10000次，沒有明顯的容量衰減，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于任何已報(bào)道的Zn//Br2和Zn//I2水溶液電池。
Xinliang Li, et al, Confining Aqueous Zn?Br Halide Redox Chemistry by Ti3C2TX MXene, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.0c09380https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09380
