頂刊日?qǐng)?bào)丨陳忠偉、武培怡、邵宗平、馬丁、侴術(shù)雷、郭再萍等成果速遞20210515
1. Nature Commun.：富缺陷石墨烯上原子分散鉑物種配位數(shù)的調(diào)節(jié)用于正丁烷脫氫反應(yīng)
金屬納米粒子（NP）、團(tuán)簇和孤立的金屬原子（或單原子SA）由于其不同的納米結(jié)構(gòu)，在多相催化中表現(xiàn)出不同的催化性能。在原子尺度上構(gòu)建結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系為最大限度地提高原子利用效率和催化活性提供了一條有效的途徑。近日，中科院金屬研究所劉洪陽(yáng)研究員，北京大學(xué)馬丁教授，香港科技大學(xué)Ning Wang，Xiangbin Cai報(bào)道了通過(guò)Pt-C鍵在富缺陷的石墨烯上制備了完全暴露的Pt3團(tuán)簇，通過(guò)原子分散的Sn啟動(dòng)子進(jìn)行幾何分割，可以精確地調(diào)節(jié)擔(dān)載的Pt團(tuán)簇的配位數(shù)（CN）。1）具有0.5 wt%Pt負(fù)載量的Pt3團(tuán)簇對(duì)正丁烷直接脫氫（DDH）的轉(zhuǎn)化率高于ND@G負(fù)載的Pt NPs和Pt SAs。在較低溫度（450 ℃）下，Pt3團(tuán)簇的正丁烷轉(zhuǎn)化速率達(dá)到1.138 mol gPt?1 h?1。2）研究人員通過(guò)關(guān)聯(lián)ND@G負(fù)載的Pt NPs、Pt簇和Pt SA催化劑上的DDH活性和Pt-Pt鍵的平均CN，系統(tǒng)地建立了結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。3）通過(guò)密度泛函理論(DFT)計(jì)算，研究人員發(fā)現(xiàn)Pt3團(tuán)簇催化劑獨(dú)特的結(jié)構(gòu)有利于C-H鍵的活化和丁烯的脫附。這種結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系為原子尺度上合理設(shè)計(jì)高活性多相DDH催化劑提供了新的思路。Chen, X., Peng, M., Cai, X. et al. Regulating coordination number in atomically dispersed Pt species on defect-rich graphene for n-butane dehydrogenation reaction. Nat Commun 12, 2664 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-22948-whttps://doi.org/10.1038/s41467-021-22948-w2. Nature Commun.：Cu氧化反應(yīng)的層層生長(zhǎng)機(jī)理
揭示氧化物的生長(zhǎng)機(jī)理對(duì)于精確設(shè)計(jì)合成氧化物的納米結(jié)構(gòu)，用于能源、電子學(xué)等領(lǐng)域而言非常重要。但是目前氧化物外延生長(zhǎng)主要基于經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，無(wú)法從納米尺度進(jìn)行指導(dǎo)。有鑒于此，匹茲堡大學(xué)Judith C. Yang、Wissam A. Saidi等報(bào)道通過(guò)原位環(huán)境TEM表征，統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證的定量分析，DFT計(jì)算之間結(jié)合，展示了在Cu上外延氧化生長(zhǎng)Cu2O納米結(jié)構(gòu)，具體在Cu納米島狀結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)Cu2O的過(guò)程遵循層層機(jī)理，取向沿著Cu2O(110)晶面，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)過(guò)程中與基底無(wú)關(guān)。這種現(xiàn)象與經(jīng)典理論模型的規(guī)律不同，其中氧化物單層結(jié)構(gòu)遵循Frank-van der Merwe機(jī)理，島結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)遵循Stranski-Krastanov機(jī)理。1）作者通過(guò)先進(jìn)的成像分析技術(shù)手段，從定量角度揭示了原子級(jí)別生長(zhǎng)過(guò)程的機(jī)理和過(guò)程，揭示了不尋常的沿著晶面取向方向進(jìn)行外延層-層生長(zhǎng)的機(jī)制，這種生長(zhǎng)機(jī)制在以往的晶體生長(zhǎng)理論中未曾發(fā)現(xiàn)。作者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，3D外延生長(zhǎng)島狀結(jié)構(gòu)沿著特定的晶面進(jìn)行層-層生長(zhǎng)。首次實(shí)現(xiàn)了從原子精度揭示氧化物外延生長(zhǎng)過(guò)程，為設(shè)計(jì)、控制納米結(jié)構(gòu)氧化物的生長(zhǎng)過(guò)程提供了經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)。本文結(jié)果展示了外延島狀結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理，深化了納米尺度氧化動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論。2）在氧化過(guò)程中，Cu基的生長(zhǎng)過(guò)程從臺(tái)階邊緣向塊體基底轉(zhuǎn)變，這種現(xiàn)象與經(jīng)典外延腐蝕生長(zhǎng)理論中認(rèn)為的基底起主導(dǎo)作用相反。Li, M., Curnan, M.T., Gresh-Sill, M.A. et al. Unusual layer-by-layer growth of epitaxial oxide islands during Cu oxidation. Nat Commun 12, 2781 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-23043-whttps://www.nature.com/articles/s41467-021-23043-w3. Nano Energy：2D非晶態(tài)MoO3-x@Ti3C2-Mxene非范德華異質(zhì)結(jié)用于高性能鋰離子電池負(fù)極材料
二維（2D）異質(zhì)結(jié)為尋找高性能的儲(chǔ)能材料提供了很好的機(jī)會(huì)，然而，由于它們之間的范德華（vdW）相互作用，性能提升存在天花板。近日，鄭州大學(xué)許群教授，崔鑫煒，山東百多安生物醫(yī)用材料改性技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室Haijun Zhang報(bào)道了設(shè)計(jì)了一種新的簡(jiǎn)便的合成路線，利用原位生成的HCl將Al刻蝕出MAX相，成功地制備了2D aMoO3-x@MXene非vdW異質(zhì)結(jié)。所得到的2D異質(zhì)結(jié)顯示出Mxene表面存在Ti-O-Mo共價(jià)鍵和O-末端缺陷并存，表現(xiàn)出良好的鋰離子存儲(chǔ)性能。1）密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，非vdW異質(zhì)結(jié)對(duì)a MoO3-x具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，有助于提高其在500次循環(huán)后的穩(wěn)定性。此外，DFT還揭示了電導(dǎo)率的增強(qiáng)和二維鋰離子的擴(kuò)散，從而解釋了其在1000 mA g-1時(shí)達(dá)到500 C g-1的優(yōu)異倍率性能。2）由于兩個(gè)缺陷MoO3-x層之間的vdW相互作用減弱，在重新堆積的2D非vdW異質(zhì)結(jié)中實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的2D Li+擴(kuò)散，導(dǎo)致在400 s的電荷存儲(chǔ)時(shí)間內(nèi)，非晶層表面的電容式擴(kuò)散達(dá)到426 C g-1，而在50 mA g-1的非晶層內(nèi)，擴(kuò)散控制的層內(nèi)擴(kuò)散達(dá)到546 C g-1。這項(xiàng)研究從原子尺度揭示了新型2D MXene非vdW異質(zhì)結(jié)在提高鋰離子存儲(chǔ)整體性能方面協(xié)同效應(yīng)的原因，有望指導(dǎo)人們今后合理設(shè)計(jì)2D非vdW異質(zhì)結(jié)材料和廣泛的非晶態(tài)材料，以滿足日益增長(zhǎng)的儲(chǔ)能、燃料電池、電催化和傳感器等方面的性能要求。Pengfei Yan, et al, 2D Amorphous-MoO3-x@Ti3C2-MXene Non-van der Waals Heterostructures as Anode Materials for Lithium-ion Batteries, Nano Energy, (2021)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.106139https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.1061394. AEM：Ce(Mn,Fe)O2與La(Sr)Cr(Mn)O3陰極的復(fù)合促進(jìn)電化學(xué)CO2還原用于高溫固體氧化物電解池
作為高溫固體氧化物電解池（SOECs）中鎳基陰極的替代物，具有高活性和耐久性的堅(jiān)固氧化物電極引起了極大的關(guān)注。非結(jié)焦La(Sr)Cr(Mn)O3（LSCM）基氧化物陰極作為一種耐久的陶瓷陰極顯示出良好的應(yīng)用前景，但其電化學(xué)還原CO2電催化活性較低。近日，為提高SOECs中CO2還原的電催化活性，韓國(guó)陶瓷工程與技術(shù)研究所Tae Ho Shin，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院Kang Taek Lee報(bào)道了研制了一種LSCM/Ce(Mn,Fe)O2（CMF）雙相復(fù)合電極。1）研究發(fā)現(xiàn)，其電化學(xué)性能隨操作電壓和CO2/CO比的不同而不同。在CO2/CO=90/10，外加電壓1.5 V的條件下，1123 K下，在沒(méi)有任何金屬催化劑的情況下，LSCM-CMF陰極單元電池的電流密度為2.642 A cm-2。同時(shí)，RP值由0.306降至0.184 Ω cm2。2）研究發(fā)現(xiàn)，CMF的催化作用大大增加了活性中心的數(shù)量和表面氧空位，從而增強(qiáng)了CO2在LSCM-CMF復(fù)合氧化物電極上的化學(xué)吸附。DRT結(jié)果表明，與LSCM氧化物電極相比，復(fù)合電極具有更低的陰極極化電阻。CMF氧化物材料的快速陰極反應(yīng)得益于CO2吸附的活性中心和表面氧空位濃度的增加以及隨后的(CO3)-s,ad的解離過(guò)程。3）采用LSCM-CMF復(fù)合陰極進(jìn)行CO2電解，可獲得92%的高FE。此外在100% CO2氣氛下運(yùn)行，其具有出色的耐久性。SEM觀察和非原位拉曼光譜結(jié)果表明，電池運(yùn)行后沒(méi)有結(jié)焦現(xiàn)象，表明在LSCM中引入CMF是一種極有前途的高溫CO2電解氧化物陰極材料。Seokhee Lee, et al, Enhancing Electrochemical CO2 Reduction using Ce(Mn,Fe)O2 with La(Sr)Cr(Mn)O3 Cathode for High-Temperature Solid Oxide Electrolysis Cells, Adv. Energy Mater. 2021DOI: 10.1002/aenm.202100339https://doi.org/10.1002/aenm.2021003395. AEM：一種固相界面反應(yīng)策略將2D Mo基電催化劑上的Ru和O-空位耦合用于電催化HER
對(duì)于大多數(shù)Mo基電催化劑而言，析氫反應(yīng)（HER）催化活性取決于其自身的活性結(jié)構(gòu)缺陷或外在過(guò)渡金屬中心。近日，為了結(jié)合這兩種不同活性中心的優(yōu)點(diǎn)，鄭州大學(xué)李保軍教授，劉玉山副教授，Jie Ding報(bào)道了提出了一種固相界面反應(yīng)（SPIR）策略，在2D Mo基電催化劑中同時(shí)引入氧空位（VO）和金屬中心（Ru）。1）在Ar氣氛下，當(dāng)克服動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘時(shí)，這種SPIR發(fā)生在RuO2/MoS2前驅(qū)體的MoS2和RuO2納米顆粒之間的界面上。由于RuO2和MoS2的相鄰部分在原位轉(zhuǎn)化為Ru和MoO2，從而得到了在MoO2平面上含有大量活性Ru和VO的復(fù)合體系MISC-1。研究人員通過(guò)理論計(jì)算證實(shí)了這種SPIR機(jī)理。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，MISC-1在HER中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和催化性能，在1.0 M KOH中10 mA cm?2時(shí)的過(guò)電位值為12 mV。此外，MISC-1在氨硼烷的水解反應(yīng)中也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。這項(xiàng)研究有望為制備高總活性的多組分催化劑以及揭示催化劑的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)提供一個(gè)通用的手段。
Jialin Cai, et al, Coupling of Ru and O-Vacancy on 2D Mo-Based Electrocatalyst Via a Solid-Phase Interface Reaction Strategy for Hydrogen Evolution Reaction, Adv. Energy Mater. 2021DOI: 10.1002/aenm.202100141https://doi.org/10.1002/aenm.2021001416. AFM：陰離子修飾的溶劑化結(jié)構(gòu)在電解質(zhì)中的優(yōu)先吸附用于高能量密度鋰金屬電池
鋰金屬電池（LMBs）中不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面嚴(yán)重阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。近日，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉教授，華南師范大學(xué)王新副教授，吉林師范大學(xué)Ming Feng報(bào)道了揭示了不穩(wěn)定的SEI主要來(lái)源于電解質(zhì)中Li+溶劑化結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性，這可能會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)的連續(xù)分解和不均勻的Li沉積。為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)將優(yōu)先吸附的陰離子（NO3?和Li2S8）整合到Li+溶劑化結(jié)構(gòu)中，建立了以陰離子為主的溶劑化復(fù)合物（A-coms）的優(yōu)先吸附。1）在這些結(jié)構(gòu)中，最低未占據(jù)分子軌道能級(jí)的位置從溶劑轉(zhuǎn)移到陰離子，從而緩解了電解質(zhì)分解和陰離子衍生的SEI的形成。同時(shí)，與溶劑分子相比，A-coms中的陰離子對(duì)鋰金屬負(fù)極（LMA）具有更強(qiáng)的化學(xué)吸附能力，從而優(yōu)先吸附在鋰金屬表面，有效地屏蔽了溶劑分子與LMA的寄生反應(yīng)。此外，陰離子衍生的SEI具有高的Li+電導(dǎo)率和低的Li原子吸附能，這有利于均勻的Li沉積。2）在實(shí)際測(cè)試條件下，基于這種電解質(zhì)的全電池結(jié)構(gòu)的高能量密度達(dá)到了310 W h kg-1，在5 0 0次循環(huán)中，鍍鋰/剝離的庫(kù)侖效率（CE）高達(dá)98 5%，循環(huán)穩(wěn)定。Dengji Xiao, et al, Establishing the Preferential Adsorption of Anion-Dominated Solvation Structures in the Electrolytes for High-Energy-Density Lithium Metal Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021DOI: 10.1002/adfm.202011109https://doi.org/10.1002/adfm.2020111097. AFM：Ti3C2 Mxene納米薄片上的單個(gè)半金屬硒原子作為高性能鋰氧電池正極材料
可充電鋰氧電池由于其高能量密度而受到廣泛關(guān)注，但其受到緩慢的氧還原/析氧動(dòng)力學(xué)的嚴(yán)重影響。因此開(kāi)發(fā)高效催化劑以提高催化活性，緩解鋰氧電池的氧化還原過(guò)電位具有重要意義。近日，山東大學(xué)尹龍衛(wèi)教授報(bào)道了采用CO2輔助熱反應(yīng)法制備了半金屬硒單原子摻雜的Ti3C2 Mxene催化劑（SASe-Ti3C2）作為高性能Li-O2電池正極材料。1）孤立的單Se原子催化位點(diǎn)可以作為活性催化中心，極大地提高對(duì)LiO2-的吸附，從而在根本上調(diào)控Li2O2放電產(chǎn)物的形成/分解機(jī)制，大大提高了氧化還原動(dòng)力學(xué)，有效地改善了過(guò)電位。2）理論計(jì)算結(jié)果表明，Se位點(diǎn)與Ti3C2載體的相互作用大大增強(qiáng)了電極對(duì)LiO2-的本征吸附能力，從根本上促進(jìn)了電極與Li2O2產(chǎn)物之間的電荷轉(zhuǎn)移，大大改善了電極的往返過(guò)電位。3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所精心設(shè)計(jì)的SASe-Ti3C2電極具有較低的充放電極化（1.10 V vs Li/Li+）、超高放電容量（17260 mAh g?1,100 mA g?1）和優(yōu)異的耐久性（200 mA g?1循環(huán)170次）。這項(xiàng)研究成功的將半金屬Se與高導(dǎo)電性的MXene骨架結(jié)合在一起，為開(kāi)發(fā)和闡明一系列用于LOBs的高效催化劑提供了指導(dǎo)。Danyang Zhao, et al, Single Semi-Metallic Selenium Atoms on Ti3C2 MXene Nanosheets as Excellent Cathode for Lithium–Oxygen Batteries, Adv. Funct. Mater. 2021DOI: 10.1002/adfm.202010544https://doi.org/10.1002/adfm.2020105448. Small Methods：具有類貴金屬性能的新型TiO2基氧化物用于催化堿性析氫反應(yīng)
開(kāi)發(fā)高活性、高穩(wěn)定性的析氫電催化劑是實(shí)現(xiàn)水電解可持續(xù)制氫廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。過(guò)渡金屬氧化物具有成本低、合成簡(jiǎn)單、組成多樣、電子結(jié)構(gòu)易于調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，是替代Pt基HER基準(zhǔn)電催化劑的理想選擇。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)過(guò)渡金屬氧化物對(duì)其催化性能較差。近日，中山大學(xué)宋樹(shù)芹，Yi Wang，南京工業(yè)大學(xué)邵宗平教授報(bào)道了一種新型Co摻雜的銳鈦礦型TiO2納米棒陣列（Co-TiO2@Ti(H2)），其具有一維結(jié)構(gòu)、富氧空位和良好的表面親水性，是一種出色的氧化物基非貴金屬HER電催化劑，可在堿性溶液中使用。1）作為衍生的非貴金屬氧化物HER電催化劑，其在1.0 m KOH堿性溶液中，電流密度為10 mA cm?2時(shí)，具有78 mV的超低過(guò)電位，67.8 mV dec?1的低塔菲爾曲線，同時(shí)在大電流密度（480 mA cm?2）下具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。長(zhǎng)期穩(wěn)定后，陽(yáng)離子浸出率很低。2）理論計(jì)算結(jié)果顯示，該氧化物具有較低的水吸/解離能壘和氫中間脫附能壘。在此基礎(chǔ)上，提出了利用氧空位和過(guò)渡金屬摻雜構(gòu)建鈦基電催化劑的一般方法，即利用氧空位和過(guò)渡金屬摻雜來(lái)捕捉羥基，構(gòu)建良好的親水表面。這項(xiàng)工作揭示了低成本過(guò)渡金屬氧化物在堿性水電解中作為替代貴金屬基HER電催化劑的應(yīng)用潛力。
Ruchun Li, et al, New TiO2-Based Oxide for Catalyzing Alkaline Hydrogen Evolution Reaction with Noble Metal-Like Performance, Small Methods 2021DOI: 10.1002/smtd.202100246https://doi.org/10.1002/smtd.2021002469. Small Methods：具有高指數(shù)面的PdPtCu超薄納米環(huán)用于高效穩(wěn)定的電催化氧還原
超薄納米片催化劑在催化氧還原反應(yīng)（ORR）方面具有很大的應(yīng)用潛力，但其也遇到了表面原子利用率不足的限制，因此進(jìn)一步提高催化活性面臨著巨大挑戰(zhàn)。近日，哈工大于永生教授，楊微微副教授，北京大學(xué)郭少軍教授報(bào)道了開(kāi)發(fā)了一種具有更多電催化活性中心的PdPtCu超薄納米環(huán)，旨在突破傳統(tǒng)催化劑的活性極限。1）以Pd(Acac)2、Pt(Acac)2和Cu(acac)2為金屬前驅(qū)體，W(CO)6為還原劑，NH4Br為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，OAM為溶劑和表面活性劑，采用順序還原法制備了PdPtCu超薄納米環(huán)。所制備的PdPtCu納米環(huán)在內(nèi)外表面的邊緣都有豐富的高指數(shù)面。2）這種催化劑的電化學(xué)活性比表面積（ECSA）高達(dá)92.2 m2 g-1PGM，遠(yuǎn)高于工業(yè)Pt/C催化劑。優(yōu)化后的Pd39Pt33Cu28/C具有較高的ORR活性，0.9 V時(shí)比活性為2.39 mA cm-2，質(zhì)量活性為1.97 A mg-1PGM，且在30000次循環(huán)內(nèi)具有優(yōu)異的耐久性能。3）密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明，高指數(shù)面和合金化的Cu原子可以優(yōu)化氧的吸附能，從而揭示了ORR活性增強(qiáng)的原因。這項(xiàng)研究克服了亞納米電催化劑的關(guān)鍵技術(shù)障礙，成功地將中空結(jié)構(gòu)引入到超薄納米片中，預(yù)示著高性能ORR催化劑在燃料電池中的廣闊應(yīng)用前景。Menggang Li, et al, High-Index Faceted PdPtCu Ultrathin Nanorings Enable Highly Active and Stable Oxygen Reduction Electrocatalysis, Small Methods 2021DOI: 10.1002/smtd.202100154https://doi.org/10.1002/smtd.20210015410. ACS Nano：具有多種傳感功能的芳綸/Ti3C2Tx MXene智能可穿戴面料的可擴(kuò)展制造
纖維基可穿戴電子器件對(duì)于開(kāi)發(fā)重量輕、易準(zhǔn)備、經(jīng)久耐用、靈活、可洗滌和順應(yīng)的可穿戴產(chǎn)品是非常理想的。然而，開(kāi)發(fā)纖維基織物電子產(chǎn)品來(lái)模擬人類的感知系統(tǒng)，甚至超越自然生物的感知能力，仍然是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。近日，東華大學(xué)武培怡教授報(bào)道了采用巧妙的連續(xù)濕法紡紗策略，開(kāi)發(fā)了一種Kevlar/Mxene（KM）智能可穿戴面料，其具有多種感官功能。此外，這種KM纖維可以洗滌、編織、縫制，并制成智能KM織物傳感系統(tǒng)。1）研究人員研制了一種智能KM感應(yīng)式口罩，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)人體呼吸，檢測(cè)出呼吸問(wèn)題，具有極高的準(zhǔn)確性和便攜性。為判斷疾病、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷提供了重要參考。此外，研究人員還開(kāi)發(fā)了一種智能溫度敏感型感官手套，通過(guò)預(yù)先感知周圍的危險(xiǎn)，幫助人們做出適當(dāng)?shù)男袨轭A(yù)判，從而防止?jié)撛诘膫Α４送猓@個(gè)傳感系統(tǒng)可以使得軟機(jī)器人對(duì)未知液體分子的基本性質(zhì)做出粗略的識(shí)別。2）憑借超快的響應(yīng)性（90 ms）、彈性（110 ms）和超靈敏的壓力響應(yīng)能力，這款KM傳感器系統(tǒng)基于國(guó)際莫爾斯電碼原理，以可變的按壓時(shí)間觸摸傳感器系統(tǒng)，為信息加密、傳輸和保存提供了一種溫和的無(wú)線檢測(cè)方法，為下一代可穿戴柔性織物電子產(chǎn)品建立了一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)力和前景的候選產(chǎn)品。Baochang Cheng, Peiyi Wu, Scalable Fabrication of Kevlar/Ti3C2Tx MXene Intelligent Wearable Fabrics with Multiple Sensory Capabilities, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.1c00749https://doi.org/10.1021/acsnano.1c0074911. ACS Nano：層次化Ti3C2Tx MXene/碳納米管用于低過(guò)電位長(zhǎng)壽命Li-CO2電池
在常溫下電化學(xué)CO2轉(zhuǎn)化是同時(shí)提供連續(xù)電源和生產(chǎn)碳酸鹽等增值化學(xué)品的一種有效途徑。基于結(jié)構(gòu)和形態(tài)設(shè)計(jì)的剛性催化劑，克服了Li-CO2電池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢的缺點(diǎn)，從而提高了電池的循環(huán)壽命。有鑒于此，南京航空航天大學(xué)彭生杰教授，Linlin Li，澳大利亞伍倫貢大學(xué)侴術(shù)雷教授報(bào)道了采用自犧牲模板法制備了一種2D Ti3C2Tx MXene/碳異質(zhì)結(jié)構(gòu)的1D平行排列納米管（MNT），并將其作為L(zhǎng)i-CO2電池的高效催化劑。1）研究人員首先通過(guò)刻蝕和剝離塊體Ti3AlC2制備了Ti3C2Tx MXene納米薄片(MNS)。采用靜電紡絲法制備了醋酸纖維素(CA)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合納米纖維（CA/PMMA納米纖維），并將其作為模板。CA作為添加劑可以對(duì)PMMA的表面進(jìn)行改性，從而使得CA/PMMA復(fù)合納米纖維可以在MXene溶液中分散良好。最后，在500 ℃下進(jìn)行熱處理以合成MNT。2）得益于Ti3C2Tx MXene和碳層的協(xié)同作用，制備的MNT具有優(yōu)異的催化活性和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。通過(guò)非原位和原位表征和理論計(jì)算，研究人員闡明了反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)。所制備的MNT可以提高CO2的轉(zhuǎn)化率和利用率，從而提高Li-CO2電池的性能。Zhe Hu, et al, Hierarchical Ti3C2Tx MXene/Carbon Nanotubes for Low Overpotential and Long-Life Li-CO2 Batteries, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.0c10558https://doi.org/10.1021/acsnano.0c1055812. ACS Nano：電子注入工程誘導(dǎo)的相變用于穩(wěn)定的具有出色儲(chǔ)鈉性能的1T-MoS2
相變工程能夠改變材料的電子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，已被廣泛應(yīng)用于制備熱力學(xué)不穩(wěn)定的金屬相MoS2（1T-MoS2），以往復(fù)雜的策略操作條件以及成品率低等問(wèn)題，使得大規(guī)模制備1T-MoS2仍具有極大的挑戰(zhàn)。近日，澳大利亞伍倫貢大學(xué)郭再萍教授，中南大學(xué)王海燕教授，四川大學(xué)Chuhong Zhang報(bào)道了一種用于相變工程的簡(jiǎn)單電子注入策略，并大規(guī)模地制備了導(dǎo)電TiO化學(xué)鍵合1T-MoS2納米花的復(fù)合材料（TiO-1T-MoS2 NFs）。1）機(jī)理分析表明，電子注入工程引發(fā)了Mo 4d軌道的重組，導(dǎo)致了MoS2從2H到1T的100%相變。在TiO-1T-MoS2 NFs復(fù)合材料中，1T-MoS2表現(xiàn)出比2H-MoS2更高的電子電導(dǎo)率、更低的Na+擴(kuò)散勢(shì)壘和更強(qiáng)的S釋放限制。此外，導(dǎo)電TiO鍵合還成功地解決了1T相的穩(wěn)定性問(wèn)題。2）這些優(yōu)點(diǎn)使TiO-1T-MoS2 NFs電極用于鈉離子電池（SIBs）中具有優(yōu)異的倍率性能（50/20000 mA g?1下，分別為650/288 mAh g?1）和循環(huán)性能（501mAh g?1,1000 mA g?1,700次循環(huán)）。這種簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展的相變工程與深入的機(jī)理分析相結(jié)合，為設(shè)計(jì)各種應(yīng)用的先進(jìn)材料提供了重要的參考。Hanna He, et al, Electron-Injection-Engineering Induced Phase Transition toward Stabilized 1T-MoS2 with Extraordinary Sodium Storage Performance, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.1c01518https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01518
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