余桂華Acc. Chem. Res.，鮑哲南JACS，郭玉國(guó)AEM丨頂刊日?qǐng)?bào)20220223
1. Acc. Chem. Res.：用于探測(cè)單原子電催化劑中位置行為的新興電化學(xué)技術(shù)單原子催化劑(SACs)在過(guò)去的十年里引起了人們的極大興趣，特別是在與能源和環(huán)境相關(guān)的電催化領(lǐng)域。近年來(lái)越來(lái)越多的文獻(xiàn)認(rèn)為SACs具有最大的原子利用率、獨(dú)特的活性和選擇性，是一種很有前途的候選催化劑。然而，局域配位環(huán)境的復(fù)雜性和孤立位點(diǎn)的分散性導(dǎo)致了深入了解電催化反應(yīng)的內(nèi)在行為的巨大困難。此外，大多數(shù)SACs的金屬負(fù)載量很低，這使得傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)在亞納米尺度上不太可能準(zhǔn)確。因此，用現(xiàn)有的商業(yè)儀器和分析方法來(lái)探索單個(gè)原子位點(diǎn)的活性和性質(zhì)仍然極具挑戰(zhàn)性。盡管如此，最近大量研究集中在開(kāi)發(fā)先進(jìn)的測(cè)量方法上，這對(duì)從根本上理解SACs非常有用。目前，原位/operando技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于SACs，如電子顯微鏡、光譜分析和其他分析方法，這些技術(shù)可以通過(guò)相關(guān)功能來(lái)識(shí)別活性中心和反應(yīng)中間產(chǎn)物，并研究催化中心局域結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)行為。近日，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授，電子科技大學(xué)Zhaoyu Jin綜述了最新的電化學(xué)探測(cè)技術(shù)，這些技術(shù)可用于確定固體載體中的單原子催化位點(diǎn)。1）作者首先綜述了分子探針?lè)椒ㄑ芯亢头治鲭姶呋稽c(diǎn)行為的基本原理。特別是，表面探測(cè)掃描電化學(xué)顯微鏡（SISECM）的原位探測(cè)技術(shù)可以高分辨率地測(cè)量活性位點(diǎn)密度和動(dòng)力學(xué)速率。進(jìn)一步展示了另一種電化學(xué)探測(cè)技術(shù)，它可以對(duì)單個(gè)原子、分子和團(tuán)簇的大小和催化速率進(jìn)行獨(dú)特的電化學(xué)成像。2）作者然后討論了不同電化學(xué)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性，并對(duì)未來(lái)的前景進(jìn)行了展望。此外，還進(jìn)一步展示了新興的電化學(xué)探測(cè)技術(shù)在確定SACs對(duì)各種電催化反應(yīng)的顯著影響和性質(zhì)方面的強(qiáng)大能力，包括氧還原和析氧、析氫和硝酸鹽還原等反應(yīng)。3）具有原子分辨率的電化學(xué)技術(shù)大大增加了在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中觀察、測(cè)量和理解表面和界面化學(xué)的機(jī)會(huì)。因此，作者預(yù)計(jì)在未來(lái)，電化學(xué)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展將以創(chuàng)新的視角研究SACs的行為和特征。這一綜述有望可以在幾個(gè)方面促進(jìn)用于研究SACs的新興電化學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)進(jìn)步。Zhaoyu Jin, et al, Emerging Electrochemical Techniques for Probing Site Behavior in Single-Atom Electrocatalysts, Acc. Chem. Res., 2022DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00785https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c007852. Nature Electron.: 高性能無(wú)機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦晶體管溶液處理金屬鹵化物鈣鈦礦晶體管的 p 型特性意味著它們可以與 n 型對(duì)應(yīng)物（例如銦-鎵-氧化鋅晶體管）結(jié)合使用，以創(chuàng)建互補(bǔ)的金屬-氧化物-半導(dǎo)體類電路.然而，基于鈣鈦礦的晶體管的性能和穩(wěn)定性尚未與其 n 型對(duì)應(yīng)物相匹配，這限制了它們更廣泛的應(yīng)用。成均館大學(xué)Myung-Gil Kim和浦項(xiàng)工科大學(xué)Yong-Young Noh等人報(bào)道了基于無(wú)機(jī)銫錫三碘化物半導(dǎo)體層的高性能p溝道鈣鈦礦薄膜晶體管。1）該半導(dǎo)體層具有中等空穴濃度和高霍爾遷移率。鈣鈦礦通道是通過(guò)使用具有鉛取代的氟化錫改性的富含碘化銫的前體來(lái)設(shè)計(jì)薄膜組成和結(jié)晶過(guò)程而形成的。2）優(yōu)化后的晶體管表現(xiàn)出超過(guò) 50 cm2 V?1 s?1的場(chǎng)效應(yīng)空穴遷移率和超過(guò)108的開(kāi)/關(guān)電流比，以及高操作穩(wěn)定性和可重復(fù)性。Liu, A., Zhu, H., Bai, S. et al. High-performance inorganic metal halide perovskite transistors. Nat. Electron.(2022). DOI：10.1038/s41928-022-00712-2https://www.nature.com/articles/s41928-022-00712-23. Nature Commun.：MOF中限域Pd用于可見(jiàn)光催化
對(duì)于Pd催化劑，低價(jià)態(tài)Pd物種的重新氧化對(duì)于催化劑實(shí)現(xiàn)高效率氧化反應(yīng)起到主導(dǎo)性作用。目前的高性能催化劑存在一些挑戰(zhàn)，比如高效率、原子經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境友好等。有鑒于此，華南理工大學(xué)江煥峰、任顏衛(wèi)等報(bào)道發(fā)展了一種新方法解決低價(jià)態(tài)Pd的重新氧化問(wèn)題，能夠在MOF上空間分布鄰近的位置分別組裝IrIII光催化劑和PdII催化劑，得到含有Pd/光催化劑的MOF材料UiO-67-Ir-PdX2 (X=OAc, TFA)。并且考察了這幾種MOF催化劑的催化氧化反應(yīng)活性。1）由于MOF骨架結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定單原子位點(diǎn)Pd和Ir催化劑，Pd和Ir催化劑具有空間相鄰的特點(diǎn)，能夠促進(jìn)電子的快速轉(zhuǎn)移。UiO-67-Ir-PdX2在可見(jiàn)光光催化反應(yīng)的性能比目前有關(guān)報(bào)道高性能Pd催化劑的TON提高25倍。2）反應(yīng)機(jī)理。反應(yīng)機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，MOF中的Pd能夠有效的抑制形成Pd0團(tuán)聚，促進(jìn)Pd催化反應(yīng)中重新氧化。Li, J., He, L., Liu, Q. et al. Visible light-driven efficient palladium catalyst turnover in oxidative transformations within confined frameworks. Nat Commun 13, 928 (2022)DOI: 10.1038/s41467-022-28474-7https://www.nature.com/articles/s41467-022-28474-74. JACS：分子設(shè)計(jì)對(duì)可降解胺基半導(dǎo)體聚合物降解壽命的影響瞬態(tài)電子器件（transient electronics）因其在環(huán)境和人類健康方面的潛在應(yīng)用而迅速成為一個(gè)新興領(lǐng)域。最近，人們?cè)谝恍┭芯恳呀?jīng)將不穩(wěn)定酸的亞胺鍵引入到聚合物半導(dǎo)體中來(lái)傳遞瞬變信息，然而，目前對(duì)這些聚合物的結(jié)構(gòu)和降解性能之間的關(guān)系的了解仍比較有限。近日，斯坦福大學(xué)鮑哲南院士系統(tǒng)設(shè)計(jì)和表征了一系列帶有工程側(cè)鏈的完全可降解的二酮基吡咯吡咯基聚合物，考察了幾個(gè)分子設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)這些聚合物降解壽命的影響。1）通過(guò)紫外?可見(jiàn)光譜監(jiān)測(cè)聚合物在溶液中的降解動(dòng)力學(xué)，研究人員發(fā)現(xiàn)聚合物在溶液中的降解是基于支化點(diǎn)和Mn的聚集性的，聚集性的降低促進(jìn)了聚合物的快速降解。此外，增加聚合物的親水性會(huì)促進(jìn)水的擴(kuò)散，從而促進(jìn)沿著聚合物主干的亞胺鍵的酸水解。這些聚合物的聚集特性和降解壽命嚴(yán)重依賴于溶劑，氯苯中的聚合物降解時(shí)間是氯仿中的6倍。2）研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的方法來(lái)量化薄膜中聚合物的降解，并觀察到用于設(shè)計(jì)高性能半導(dǎo)體的相似因素和考慮因素(例如鏈間有序性、微晶尺寸和親水性)會(huì)影響亞胺基聚合物半導(dǎo)體的降解。3）研究發(fā)現(xiàn)三元共聚（terpolymerization）是獲得具有良好電荷傳輸和可調(diào)諧退化性能的可降解半導(dǎo)體的一種很有吸引力的方法。這項(xiàng)研究為建立可降解聚合物半導(dǎo)體的分子設(shè)計(jì)規(guī)則奠定了基礎(chǔ)，從而能夠推動(dòng)具有可控壽命的下一代瞬態(tài)半導(dǎo)體的發(fā)展。Jerika A. Chiong, et al, Impact of Molecular Design on Degradation Lifetimes of Degradable Imine-Based Semiconducting Polymers, J. Am. Chem. Soc., 2022DOI: 10.1021/jacs.1c12845https://doi.org/10.1021/jacs.1c128455. Angew：電化學(xué)發(fā)光驅(qū)動(dòng)的光動(dòng)力治療和單細(xì)胞成像
南京大學(xué)徐靜娟教授和上海大學(xué)趙微研究員報(bào)道了一種由電化學(xué)發(fā)光(ECL)驅(qū)動(dòng)的光動(dòng)力治療方法。1）在光動(dòng)力治療(PDT)系統(tǒng)中，Ru(bpy)32+和共反應(yīng)物三丙胺(TPA)組合所產(chǎn)生的發(fā)光既是ECL成像的光讀出器，也是激發(fā)光敏劑產(chǎn)生活性氧(ROS)的光源。研究表明，ECL驅(qū)動(dòng)的PDT(ECL-PDT)與ECL和光敏劑Ce6之間的有效能量轉(zhuǎn)移過(guò)程密切相關(guān)，后者能夠在ECL的激發(fā)下將周圍的氧氣敏化成ROS。2）在具有良好時(shí)空分辨率的ECL顯微鏡(ECLM)下，研究者能夠?qū)CL-PDT過(guò)程中細(xì)胞的形態(tài)變化、細(xì)胞基質(zhì)黏附的改變以及細(xì)胞膜通透性的增加等動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。綜上所述，這一結(jié)合了實(shí)時(shí)成像和ECL-PDT等功能的新策略不僅能夠用于研究動(dòng)態(tài)細(xì)胞過(guò)程，而且也證明了ECL在臨床應(yīng)用方面的重要潛力。Ming-Ming Chen. et al. Single Cell Imaging of Electrochemiluminescence-driven Photodynamic Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202117401https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2021174016. Angew：鈣鈦礦型納米碘@介孔二氧化鈦骨架增強(qiáng)的內(nèi)表面電荷轉(zhuǎn)移用于高效、選擇性光催化CO2還原制取甲烷由于鹵化物鈣鈦礦固有的光和化學(xué)不穩(wěn)定性，尋找高效、穩(wěn)定的鹵化物鈣鈦礦基光催化劑用于高效、選擇性CO2還原（CO2RR）為甲烷是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。近日，蘇州大學(xué)路建美教授，賀競(jìng)輝教授報(bào)道了在具有開(kāi)放通道的M-Ti骨架中原位生長(zhǎng)鹵化物鈣鈦礦（CBB和CABB），以獲得超分散和穩(wěn)定的納米點(diǎn)來(lái)用于高效的光催化CO2RR。甲烷產(chǎn)率分別為32.9和24.2 2 μmol g–1 h-1，選擇性分別為88.7%和84.2%。1）研究人員利用FIB切片成像技術(shù)首次直接成像了限制在介孔中的超分散鈣鈦礦納米點(diǎn)，可調(diào)尺寸范圍為3.8-9.9 nm。原位XPS和Kevin探針力顯微鏡顯示鈣鈦礦納米點(diǎn)和M-Ti通道之間的內(nèi)表面BEF有效地促進(jìn)了電荷分離/轉(zhuǎn)移。2）密度泛函理論計(jì)算表明，光催化CO2RR的高選擇性可以歸因于Bi吸附介導(dǎo)的CO（*HCO）加氫反應(yīng)，而不是CO的脫附。這項(xiàng)研究表明，將鈣鈦礦納米點(diǎn)限制在介孔半導(dǎo)體基質(zhì)中可以防止納米鈣鈦礦的聚集，并構(gòu)建抑制空穴電子快速?gòu)?fù)合的異質(zhì)結(jié)。此外，研究結(jié)果將為高效鈣鈦礦型光催化劑的設(shè)計(jì)提供一定參考。Qi-Meng Sun, et al, Boosted Inner Surface Charge Transfer in Perovskite Nanodots@Mesoporous Titania Frameworks for Efficient and Selective Photocatalytic CO2 Reduction to Methane, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202200872https://doi.org/10.1002/anie.2022008727. AEM：利用多離子協(xié)同效應(yīng)緩解用于鈉離子電池的P2型正極的大體積相變層狀過(guò)渡金屬氧化物P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2在鈉脫/嵌過(guò)程中通常會(huì)發(fā)生較大的相變和不同的Na空位有序性，導(dǎo)致容量下降較快，倍率性能較差。近日，為了提高P2型正極的性能，中科院化學(xué)研究所郭玉國(guó)研究員，西安交通大學(xué)Peng-Fei Wang，Bing Xiao設(shè)計(jì)了一種基于多金屬離子協(xié)同效應(yīng)的有效策略。1）四價(jià)鈦的作用提供了高的氧化還原電位，非活性的二價(jià)鎂穩(wěn)定了結(jié)構(gòu)，一價(jià)鋰平滑了電化學(xué)曲線。結(jié)合operando X射線衍射、operando X射線吸收光譜和密度泛函理論（DFT）計(jì)算，研究人員發(fā)現(xiàn)，多金屬離子通過(guò)增加過(guò)渡金屬板條滑移的能壘，將不利的大體積P2-O2轉(zhuǎn)變?yōu)檫m度的“Z”-共生結(jié)構(gòu)。2）結(jié)果表明，P2-Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O2電極具有134 mAh g?1的可逆容量，3.57 V的工作電壓，優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（200次循環(huán)后容量保持率為82%）和優(yōu)異的倍率性能（4 C時(shí)為110 mAh g?1）。用硬碳負(fù)極制造的全電池能量密度達(dá)到296 Wh kg?1。本研究為合理設(shè)計(jì)具有這種功能化的正極材料，提高鈉離子電池的電池性能提供了一條途徑。Zhiwei Cheng, et al, Mitigating the Large-Volume Phase Transition of P2-Type Cathodes by Synergetic Effect of Multiple Ions for Improved Sodium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202103461https://doi.org/10.1002/aenm.2021034618. AEM: 17.5%效率, 無(wú)機(jī)CsPbI2Br太陽(yáng)能電池鈣鈦礦薄膜上由納米晶體和非晶相組成的缺陷區(qū)域的存在不可避免地導(dǎo)致鈣鈦礦光伏器件中的非輻射電荷復(fù)合和結(jié)構(gòu)退化。華東理工大學(xué)Shuang Yang和Yu Hou等人使用離子液體開(kāi)發(fā)了一種用于缺陷銫鉛鹵化鈣鈦礦頂表面的化學(xué)計(jì)量蝕刻策略。1）原始缺陷區(qū)域的溶解顯著暴露了下面的鈣鈦礦，這是一個(gè)具有保留化學(xué)計(jì)量和晶格連續(xù)性的高質(zhì)量表面。2）離子液體分子通過(guò)庫(kù)侖相互作用吸附在鈣鈦礦表面并鈍化配位不足的表面鉛中心。這種結(jié)構(gòu)調(diào)制大大降低了鈣鈦礦器件的陷阱密度，并使鈣鈦礦帶隙為1.88 eV的CsPbI2Br電池的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的17.51%，開(kāi)路電壓為1.37 V。這項(xiàng)工作為提高鈣鈦礦基光電器件的效率和環(huán)境彈性提供了一條新的技術(shù)路線。Liu, X., Lian, H., Zhou, Z., Zou, C., Xie, J., Zhang, F., Yuan, H., Yang, S., Hou, Y., Yang, H. G., Stoichiometric Dissolution of Defective CsPbI2Br Surfaces for Inorganic Solar Cells with 17.5% Efficiency. Adv. Energy Mater. 2022, 2103933. DOI：10.1002/aenm.202103933https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.2021039339. AEM：項(xiàng)鏈狀MnOx-CeO2@聚吡咯分級(jí)正極的電子態(tài)調(diào)制和反應(yīng)路徑調(diào)節(jié)用于先進(jìn)柔性Li-CO2電池Li-CO2電池為同步實(shí)現(xiàn)碳中性和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的儲(chǔ)能器件提供了可能。由設(shè)計(jì)良好的導(dǎo)電基板和活性材料組成的催化正極是優(yōu)化Li-CO2電池性能的關(guān)鍵。近日，東南大學(xué)張一衛(wèi)教授，南京理工大學(xué)Yong Yang利用導(dǎo)電聚吡咯（Ppy）通過(guò)后原位聚合將MnOx-CeO2空心納米球串聯(lián)在一起，構(gòu)建了具有良好柔性和自支撐特性的項(xiàng)鏈狀MnOx-CeO2@PPy分級(jí)正極材料。1）得益于聚吡咯優(yōu)異的導(dǎo)電性、無(wú)粘結(jié)劑的結(jié)構(gòu)和大量暴露的催化活性中心，MnOx-CeO2@PPy基Li-CO2電池表現(xiàn)出優(yōu)異的放電容量（100mAg-1時(shí)為13631 mA h g-1）和循環(huán)性能（253次循環(huán)），以及1.49V的低過(guò)電位。特別值得注意的是，柔性獨(dú)立膜被確認(rèn)為柔性Li-CO2電池潛在的催化正極。2）研究人員通過(guò)密度泛函（DFT）理論計(jì)算，結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)提高襯底吸附容量、MnOx-CeO2(111)活性表面的優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)、反應(yīng)中心Ce上的集中電子以及電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入的研究。這項(xiàng)工作開(kāi)創(chuàng)了導(dǎo)電聚合物在Li-CO2電池催化正極中的應(yīng)用，為提高各種儲(chǔ)能裝置的性能提供了新的機(jī)遇。Qinghua Deng, et al, Electronic State Modulation and Reaction Pathway Regulation on Necklace-Like MnOx-CeO2@Polypyrrole Hierarchical Cathode for Advanced and Flexible Li–CO2 Batteries, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202103667https://doi.org/10.1002/aenm.20210366710. AFM：層次化纖維素氣凝膠-明膠超組裝固體電解質(zhì)用于植入式可生物降解鋅離子電池
瞬態(tài)器件是一種新興的電子學(xué)，其主要特點(diǎn)是材料在完成任務(wù)后，通過(guò)化學(xué)或物理過(guò)程完全或部分溶解或解體，被認(rèn)為是植入式器件的新的研究方向。然而，瞬態(tài)器件的研究還處于起步階段，還有許多挑戰(zhàn)需要克服，尤其是瞬態(tài)能量器件的發(fā)展相對(duì)緩慢。近日，復(fù)旦大學(xué)Biao Kong，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）Yong Li報(bào)道了一種基于可生物降解的纖維素氣凝膠-明膠(CAG)電解質(zhì)的全生物可降解瞬態(tài)ZIB（TZIB），該電解質(zhì)由高度柔韌的絲素蛋白膜、原位蒸發(fā)的Au膜、絲網(wǎng)印刷的Zn膜和MnO2/rGO雜化材料分別作為包覆層、收集器、正極和負(fù)極材料。1）能源系統(tǒng)不包含任何有毒的重金屬離子或有機(jī)電解質(zhì)。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，TZIB為單電池提供了高達(dá)1.6 V的穩(wěn)定輸出電壓，實(shí)現(xiàn)了211.5 mAh g?1的高比容量，并保持了優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能。2）通過(guò)引入CAG固體電解質(zhì)和增塑絲素包裝袋，在不影響二次ZIB電化學(xué)性能的前提下，提高了ZIB的柔性和機(jī)械穩(wěn)定性。更重要的是，制成的電池在體外和體內(nèi)都可以幾乎完全降解，降解過(guò)程中產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)宿主(大鼠)無(wú)毒無(wú)害。因此，設(shè)計(jì)的TZIB將為重大疾病的高級(jí)診斷和輔助治療提供有效的解釋工具，并將在未來(lái)的醫(yī)學(xué)研究和臨床治療中發(fā)揮重要作用。Junjie Zhou, et al, Super-Assembled Hierarchical Cellulose Aerogel-Gelatin Solid Electrolyte for Implantable and Biodegradable Zinc Ion Battery, Adv. Funct. Mater. 2022DOI: 10.1002/adfm.202111406https://doi.org/10.1002/adfm.20211140611. ACS Nano：一種在三維多孔N，P共摻雜Ti3C2Tx MXene上工程化單一金屬位點(diǎn)的通用策略目前，人們開(kāi)發(fā)了各種方法，來(lái)穩(wěn)定二維Mxenes上的單原子，例如空位減少和雜原子介導(dǎo)的相互作用。然而，將單原子錨定在三維多孔MXenes上以進(jìn)一步增加催化活性中心，從而構(gòu)建高活性和高穩(wěn)定性的電催化劑仍未被探索。近日，湖南大學(xué)譚勇文教授采用一種通用的策略，通過(guò)靜電凝膠化過(guò)程和高溫?zé)峤?，通過(guò)精確的原子級(jí)控制，在三維多孔N，P共摻雜的Ti3C2Tx Mxene上設(shè)計(jì)了一系列單一金屬位點(diǎn)(Pt，Ir，Ru，Pd和Au) （記為M1 SA-PNPM，M1=Pt，Ir，Ru，Pd和Au）。1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，合成的Pt SA-PNPM用于電催化HER，在較寬的PH范圍內(nèi)具有極低的過(guò)電位和較小的Tafel斜率，并具有比商用Pt/C電催化劑更高的質(zhì)量活性。2）X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)研究結(jié)合密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，N(O)，P配位的中心金屬原子的有利電子態(tài)能顯著優(yōu)化中間體的吸附能，有利于提高本征催化活性。3）此外，三維多孔結(jié)構(gòu)不僅提供了豐富的錨定中心以增加單原子的質(zhì)量負(fù)載量，而且還防止了Ti3C2TX納米片層的重新堆積和聚集，從而增加了中間體吸附的催化活性中心，促進(jìn)了電子/質(zhì)量傳遞，從而協(xié)同提高了催化性能。本工作進(jìn)一步促進(jìn)了MXenes基催化劑的發(fā)展，并突出了電子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合來(lái)構(gòu)建高性能的電催化劑。Wei Peng, et al, A General Strategy for Engineering Single-Metal Sites on 3D Porous N, P Co-Doped Ti3C2Tx Mxene, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.1c09841https://doi.org/10.1021/acsnano.1c0984112. ACS Nano：一種用于鋰-氧電池的表面功能化Ti3C2Tx MXene基異質(zhì)結(jié)電催化劑的理論設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)調(diào)制二維MXene具有高電導(dǎo)率，表面含有亞穩(wěn)的鈦原子和惰性官能團(tuán)，極大地限制了其在與表面相關(guān)的電催化反應(yīng)中的應(yīng)用。近日，北京師范大學(xué)孫根班教授，李會(huì)峰副教授通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種N-TiO2/Ti3C2Tx結(jié)構(gòu)。得益于優(yōu)化的電化學(xué)活性中心的電子結(jié)構(gòu)，高度暴露的吸附過(guò)剩中間體/Li2O2的活性中心，以及快速的電子轉(zhuǎn)移，N-TiO2/Ti3C2Tx異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。1）復(fù)合材料的高電子傳導(dǎo)性繼承了吸附后Li2O2分子的優(yōu)點(diǎn)，并呈現(xiàn)快速放電產(chǎn)物生長(zhǎng)位置。更重要的是，由于較低的促進(jìn)ORR和OER動(dòng)力學(xué)的過(guò)電位，N摻雜的結(jié)構(gòu)調(diào)整有效地調(diào)節(jié)了中間體/Li2O2的吸附能，有利于中間體/Li2O2的生長(zhǎng)和分解。2）研究人員采用原位差示電化學(xué)質(zhì)譜(DEM)、非原位SEM和非原位拉曼光譜對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究，N-TiO2/Ti3C2Tx異質(zhì)結(jié)電極具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和較少的副反應(yīng)，同時(shí)具有較高的ORR和OER性能。3）進(jìn)一步，將該電催化劑用于Li?O2電池，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論研究完全一致，其比容量高達(dá)15298 mAh g?1，在500 mA g?1下可循環(huán)200次以上，過(guò)電位迅速降低。研究結(jié)果為設(shè)計(jì)和制備高活性的Li?O2電池電催化劑提供了一個(gè)很有前途的途徑。Xingzi Zheng, et al, Theoretical Design and Structural Modulation of a Surface-Functionalized Ti3C2TxM Xene-Based Heterojunction Electrocatalyst for a Li?Oxygen Battery, ACS Nano, 2022DOI: 10.1021/acsnano.1c10890https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10890
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