1. 高能锂离子电池:最新进展与应用前景
本文讨论了(LCO 和高压尖晶石锂镍锰氧化物)、高容量阴极(富锂锰基阴极、NCM 和 NCA 材料、有机电极材料)、高容量负极(锂金属负极、硅基负极)和其他重要辅助材料(粘合剂、隔膜和电解质)。
Jingjing Xu, Xingyun Cai, Songming Cai, Yaxin Shao, Chao Hu, Shirong Lu*, Shujiang Ding*. High-Energy Lithium-Ion Batteries: Recent Progress and a Promising Future in Applications
DOI: 10.1002/eem2.12450
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2.电解水制氢——弥合基础研究与工业应用之间的差距
本文针对电解水测试方法、催化剂性能评价及要求、催化剂使用类型和成本等方面,详细对比了基础研究和实际应用场景下的差异。总结了相关电解水催化剂设计的进展,展示了推动实际应用的进程和以及材料科学与实际应用的协同发展。
Hainan Sun, Xiaomin Xu, Hyunseung Kim, WooChul Jung, Wei Zhou*, Zongping Shao*, Electrochemical Water Splitting: Bridging the Gaps between Fundamental Research and Industrial Applications. DOI: 10.1002/eem2.12441
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3. 水系锌离子电池二氧化锰正极的挑战及优化策略研究进展
西安理工大学李喜飞教授团队重点分析总结了MnO2材料四个主要储锌机理及三个关键问题(结构不稳定、锰溶解严重和电导率差)对应的优化策略,包括支柱工程、异质原子掺杂、缺陷工程、键/界面工程、纳米结构设计、电解质改性、表面包覆等。最后,展望了MnO2正极在高性能水系锌离子电池中的发展趋势和研究方向。
Yuhui Xu, Gaini Zhang*, Jingqian Liu, Jianhua Zhang, Xiaoxue Wang, Xiaohua Pu, Jingjing Wang, Cheng Yan, Yanyan Cao, Huijuan Yang, Wenbin Li, Xifei Li*. Recent advances on challenges and strategies of manganese dioxide cathodes for aqueous zinc-ion batteries.
DOI: 10.1002/eem2.12575.
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4. 电纺半导体异质结纳米纤维在光催化能源转换与环境治理领域的机遇与挑战
电纺半导体异质结纳米纤维因其长径比大、比表面积高等结构优势,在光催化能源转换及环境治理领域受到广泛关注。这篇综述总结了多种电纺半导体异质结纳米纤维在光催化能源转化和环境治理领域的应用性能和面临的机遇与挑战。
Na Lu, Mingyi Zhang, Xuedong Jing, Peng Zhang*, Yongan Zhu, Zhenyi Zhang*, Electrospun Semiconductor-Based Nano-Heterostructures for Photocatalytic Energy Conversion and Environmental Remediation: Opportunities and Challenges.
DOI: 10.1002/eem2.12338
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5. 用于功能化钠离子电池的优化策略
中国海洋大学陈经纬教授团队总结了优化钠离子电池性能和功能化(柔性、可拉伸、自愈合、自充电以及多功能集成等)钠离子电池的策略,并探讨了未来需要注意的能量密度、机理探究、多功能性及成本控制等方面的问题。
Jingwei Chen*, Gupta Adit, Lun Li, Yingxin Zhang, Daniel H. C. Chua, Pooi See Lee*. Optimization Strategies Toward Functional Sodium-Ion Batteries.
DOI: 10.1002/eem2.12633
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6. 了解双极性基团功能化 COF 在锂金属负极中加速锂离子传输和无枝晶沉积
云南大学郭洪教授团队利用刮刀涂布法在隔膜表面构建了带负电有机单元的阴离子共价有机框架涂层(COF-COOH@PP)。其中,有序的纳米孔和COOH基团可使Li+通量均匀化,抑制锂盐阴离子的穿梭加速Li+传输,实现对锂枝晶生长的抑制。
Qi An, Hong-en Wang, Genfu Zhao, Shimin Wang, Lufu Xu, Han Wang, Yao Fu, Hong Guo*. Understanding Dual-Polar Group Functionalized COFs for Accelerating Li-Ion Transport and Dendrite-Free Deposition in Lithium Metal Anodes.
DOI: 10.1002/eem2.12345
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7. 外延生长的钌簇-氮化镍异质结高效电解水催化剂
木士春教授和赵焱教授合作研究,通过构建Ru团簇与Ni3N基底的异质结以提升电催化性能,利用DFT计算揭示了异质界面上的电子传输增强机制, 实验构建的Ru团簇-Ni3N/NF异质结电极在碱性和海水介质中均表现出优异电解水性能。
Jiawei Zhu, Ruihu Lu, Wenjie Shi, Lei Gong, Ding Chen, Pengyan Wang, Lei Chen, Jinsong Wu, Shichun Mu*, Yan Zhao*. Epitaxially Grown Ru Clusters–Nickel Nitride Heterostructure Advances Water Electrolysis Kinetics in Alkaline and Seawater Media.
DOI: 10.1002/ eem2.12318
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8. 揭示氮掺杂碳复合二氧化锰作为水系锌离子电池正极的性能提升机制
华中师范大学杨泽&余颖教授团队以复合电极MnO2@NC作为锌离子电池的正极,表现出优异的电化学性能。相关机理研究揭示了电负性较强的N原子降低Mn4+的价态,有效减弱了离子嵌入的静电斥力,促进了离子的迁移动力学。
Xiaohui Li, Qiancheng Zhou, Ze Yang*, Xing Zhou, Dan Qiu, Huajun Qiu, Xintang Huang*, Ying Yu*. Unraveling the Role of Nitrogen-Doped Carbon Nanowires Incorporated with MnO2 Nanosheets as High Performance Cathode for Zinc-Ion Batteries
DOI: 10.1002/eem2.12378
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9. 用于柔性和多功能锌离子电池和电容器的聚合物水凝胶电解质
本文综述了多种功能性水凝胶电解质及其在可充电水性锌离子电池和锌离子电容器中的应用,从电化学稳定性到柔韧性、机械耐久性、温度适应性,最后是高度环境适应性的储能器件。
Rujiao Ma, Zhixiao Xu, Xiaolei Wang*. Polymer Hydrogel Electrolytes for Flexible and Multifunctional Zinc-Ion Batteries and Capacitors.
DOI: 10.1002/eem2.12464
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10. 用于能量转换和储存应用的碳缺陷工程
本文从缺陷的类型、调控策略和精细表征手段等方面研究了用于能量转换和储存的碳缺陷的最新进展。讨论了这种碳在超级电容器、Li-/Na-/K-ion 电池、HER 和 ORR 中的应用。还提出了缺陷工程碳发展的前景。
Xianyou Luo, Heng Zheng, Wende Lai, Ping Yuan, Shengwei Li, De Li, Yong Chen*. Defect Engineering of Carbons for Energy Conversion and Storage Applications.
DOI: 10.1002/eem2.12402
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11. 双原子催化剂FeCo-NC在CO2RR中如何超越单原子催化剂Fe-NC/Co-NC? 协同效应促进的CO中间体辅助作用
中国石油大学(华东)鲁效庆团队以双原子催化剂FeCo-NC和单原子催化剂Fe-NC、Co-NC为例对比分析了双原子催化剂在电催化CO2RR中的独特优势,提出了双原子催化剂上反应中间体CO促进CO2RR的动态催化机理。
Shoufu Cao, Sainan Zhou, Hongyu Chen, Shuxian Wei, Siyuan Liu*, Xiaojing Lin, Xiaodong Chen, Zhaojie Wang, Wenyue Guo, Xiaoqing Lu*. How can the Dual-atom Catalyst FeCo–NC Surpass Single-atom Catalysts Fe–NC/Co–NC in CO2RR? – CO Intermediate Assisted Promotion via a Synergistic Effect.
DOI: 10.1002/eem2.12287
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12. MQD表面基团的“有氧运动”构筑丰富的碱性析氢活性位点
以稀盐酸作为刻蚀剂,在室温下一步法制备了表面不含F基团的MQDs,该合成方法绿色、简单且具有较高的产量。 将表面具有混合基团的MQDs(-O,-OH,-Cl)通过静电相互作用整合到三维泡沫铜负载的Cu2O纳米颗粒上。卤素Cl基团在碱性条件下不稳定,易被含氧基团取代,结合理论计算,-OH与Ti端结合较弱,因此碱性条件下产生了丰富的O终端具有最佳的H结合位点,使得Ti2COx MQDs在碱性条件下的催化活性优势由于二维形态。
Yuhua Liu, Xiaoyu Zhang, Wei Zhang*, Xin Ge, Yan Wang, Xu Zou, Xinyan Zhou, Weitao Zheng*. MXene-based Quantum Dots Optimize Hydrogen Production via Spontaneous Evolution of Cl- to O-terminated Surface Groups.
DOI: 10.1002/eem2.12438
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13. 催化剂和隔膜功能化对高能锂硫电池的影响:全面综述
综述了隔膜表面改性、功能改性层的引入以及多硫化物转化反应催化的有效策略,这也是阻碍多硫化物迁移的重要因素。
Muhammad Kashif Aslam, Sidra Jamil, Shahid Hussain, Maowen Xu*. Effects of Catalysis and Separator Functionalization on High-Energy Lithium–Sulfur Batteries: A Complete Review.
DOI: 10.1002/eem2.12420
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14. 储钠电极材料中的亚纳米效应
利用静电纺丝及退火的方式合成了具有柔性自支撑结构的MoO2亚纳米团簇填充碳纳米纤维(MoO2 SCs@N-CNFs)薄膜电极材料。得益于较低的退火温度,MoO2与碳基体的亲和性及N-Mo键的形成,MoO2以亚纳米团簇的形式均匀分散在碳纳米纤维内且含量可达到40 wt.%远超已报道的团簇类材料在基体中的含量(<10 wt.%)。亚纳米效应即更小的平均粒径(≈0.92 nm),更多的活性位点及非晶结构使得MoO2团簇具有更高的赝电容储钠容量贡献和更快的Na+迁移速率,优于相应的MoO2纳米晶材料。
Yang Liu, Shichao Wang, Xuan Sun, Jinyang Zhang, Fakhruz Zaman, Linrui Hou, Changzhou Yuan*. Sub-nanoscale engineering of MoO2 clusters for enhanced sodium storage.
DOI: 10.1002/eem2.12263
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15.全固态锂金属电池负极界面问题机理及改善策略
科院物理所吴凡团队系统地梳理了近年来关于认识、理解和改进ASSLB锂金属负极侧界面问题的研究。锂负极界面的主要问题归纳为锂枝晶生长、界面形貌演变、电解质分解和化学-机械衰退。
Jiacheng Wang, Liquan Chen, Hong Li, and Fan Wu*. Anode Interfacial Issues in Solid-State Li Batteries: Mechanistic Understanding and Mitigating Strategies.
DOI: 10.1002/eem2.12613
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16. 转换合金机制的富Sp²N掺杂 Sb₂Se₃负极用于长寿命钠/钾离子储存
本文以多巴胺为氮掺杂碳的前驱体,通过控制碳化条件实现高比例SP2 N掺杂。Sb2Se3在循环过程中经历了从棒状到纳米颗粒的形态变化,其与碳基底之间的C-SP2 N-Sb化合键助力优异的电极稳定性,从而实现稳定的长循环性能。SP2 N对Na+和K+强大的吸附能力保证了电极的高活性,从而实现高的可逆比容量与优异的倍率性能。
Chong, S., Ma, M., Yuan, L., Qiao, S., Dong, S., Liu, H. and Dou, S. , Hierarchical Encapsulation and Rich sp2 N Assist Sb2Se3-Based Conversion-Alloying Anode for Long-Life Sodium- and Potassium-Ion Storage.
DOI: 10.1002/eem2.12458
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17. 导电聚合物在锂硫电池中的应用进展、前景与挑战
本文系统地介绍了结构型导电聚合物如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANi)、聚二氧噻吩(PEDOT)和复合型导电聚合物如:聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)等导电聚合物的性质、常见合成方法以及它们在锂硫电池中的应用潜力。综述了导电聚合物在锂硫电池不同组件(正极、隔膜和中间层)中的研究进展,介绍了导电聚合物在正极材料优化,隔膜改性和负极保护等方面起到的作用。全面讨论了导电聚合物在锂硫电池中的应用前景,如诱导锂枝晶均匀生长、微观结构调控、作为固态电解质材料及催化剂载体等,对导电聚合物在未来的进一步应用进行潜在的指导。
Xin Chen, Chengcheng Zhao, Kai Yang, Shiyi Sun, Jinxin Bi, Ningrui Zhu, Qiong Cai, Jianan Wang*, Wei Yan*. Conducting Polymers Meet Lithium–Sulfur Batteries: Progress, Challenges, and Perspectives.
DOI: 10.1002/eem2.12483
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18. 基于纤维素的纸基超级电容器的研究进展
本文系统的讨论了基于纤维素的纸基超级电容器的制备方法以及结构的构建。 针对纤维素基超级电容器电极材料的发展,我们提出了一些未来所面对的挑战以及待解决的问题等。
Chuanyin Xiong, Tianxu Wang, Jing Han, Zhao Zhang, Yonghao Ni. Recent Research Progress of Paper-Based Supercapacitors Based on Cellulose.
DOI: 10.1002/eem2.12651
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19.垂直排列非晶超薄NiCo-LDH纳米片双功能柔性超级电容器电极
为了实际应用电化学超级电容器,需要开发一种简单、可扩展的方法来制造高容量、大电压范围的电容器电极。在此,作者在室温下通过简单的离子交换过程由共金属-有机框架材料纳米柱原位转化,合成了在活性炭布基板上垂直排列的非晶态NiCo-LDH纳米片。由于NiCo-LDH的非晶态和垂直排列的超薄结构,NiCo-LDH/活性炭布复合材料在2 mA cm−2下的高的面积容量分别为3770和1480 mF cm−2,在50 mA cm−2的容量保持率分别为79.5%和80%。同时,在>10 000次循环后,它们都表现出了良好的循环性能,而变化可以忽略不计。通过将其制造成不对称超级电容器,该器件获得了较高的能量密度(5.61 mWh cm−2和0.352 mW cm−3)。这项工作为简化超级电容器的设计提供了一个创新的策略,并为提高NiCo-LDH材料的速率能力/循环稳定性提供了一个新的认识。
Kwadwo Asare Owusu, Zhaoyang Wang, Ali Saad, Felix Ofori Boakye, Muhammad Asim Mushtaq, Muhammad Tahir, Ghulam Yasin, Dongqing Liu, Zhengchun Peng, and Xingke Cai*, Room Temperature Synthesis of Vertically Aligned Amorphous Ultrathin NiCo-LDH Nanosheets Bifunctional Flexible Supercapacitor Electrodes.
DOI: 10.1002/eem2.12545
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20.Ti3C2Tx MXene/纤维素纳米纤维复合薄膜的静电自组装用于可穿戴超级电容器和焦耳加热器
利用带正电荷氨基的聚乙烯亚胺(PEI)诱导二维Ti3C2Tx (MXene) 纳米片和一维木质纤维素纳米纤维(CNF)进行静电自组装,随后采用便捷的抽滤策略制备了CNF/MXene/PEI高韧高导电柔性薄膜(CMP)。
Guoqiang Zhou, Xiao Wang, Ting Wan, Chaozheng Liu, Weimin Chen, Shaohua Jiang , Jingquan Han, Youguo Yan, Mei-Chun Li*, and Changtong Mei*. Electrostatic Self-Assembly of Ti3C2Tx MXene/Cellulose Nanofiber Composite Films for Wearable Supercapacitor and Joule Heater.
DOI: 10.1002/eem2.12454
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21. 引入氧空位调控CoMoO₄晶格中四面体畸变增强电催化析氧活性
Hengbo Xiao, Kai Chi, Hongxia Yin, Xiangji Zhou, Pengxiang Lei*, Peizhi Liu, Jiakun Fang, Xiuhong Li, Songliu Yuan, Zhen Zhang, Yaqiong Su, Junjie Guo*, and Lihua Qian*, Excess Activity Tuned by Distorted Tetrahedron in CoMoO₄ for Oxygen Evolution.
DOI: 10.1002/eem2.12495
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22. 超分子组装体助力PEO/LLZTO复合电解质实现快速锂离子传输
超分子组装体降低了LLZTO纳米颗粒的表面能,优化了其在PEO骨架内的均匀分散,丰富了PEO/LLZTO界面; 6Li固体核磁谱表明超分子组装体在PEO骨架和LLZTO填料之间直接架起了Li+传输新通道,实现了“PEO-LLZTO-PEO”锂离子传输新路径的贯通,丰富了复合电解质锂离子传输机制;
Zhengyi Lu, Lin Peng, Yi Rong, Enli Wang, Ruhua Shi, Hongxun Yang, Yadong Xu, Ruizhi Yang*, and Chao Jin*. Enhanced Electrochemical Properties and Optimized Li+ Transmission Pathways of PEO/LLZTO-Based Composite Electrolytes Modified by Supramolecular Combination.
DOI: 10.1002/eem2.12498
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23. WIS电解质中的自支撑α-MoO₃/Ti₃C₂MXene复合电极
采用α-MoO3/Ti3C2杂化材料作为电极,在Water-in-Salt(WIS) (19.8 m LiCl)电解液中结合了α-MoO3的高容量和Ti3C2的导电性,具有较宽的1.8 V电压窗口,增强电池的储电能力和循环稳定性。通过设计在MXene纳米片之间嵌入α-MoO3纳米带不仅抑制了溶解,扩大了与MXene电极相比的电势窗口,提高了与氧化物电极相比的电子电导率,而且α-MoO3的电化学稳定性也得到了提高。
Mohit Saraf, Christopher E. Shuck, Nazgol Norouzi, Kyle Matthews, Alex Inman,Teng Zhang, Ekaterina Pomerantseva, and Yury Gogotsi*, Free-Standing α-MoO₃/Ti₃C₂ MXene Hybrid Electrode in Water-in-Salt Electrolytes.
DOI: 10.1002/eem2.12516
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24. CO₂高浓度电合成甲酸/甲酸盐:反应器和电极设计策略
系统地介绍了电化学CO2还原技术实际应用中面临的主要挑战和提高产物浓度的经济效益。详细介绍了目前CO2RR中提高甲酸/甲酸盐产物浓度的最新研究方法和进展,包括固态电解池的设计和反应电极的设计。展望了CO2RR中获得其它高浓度目标产物的研究策略和方向,以减少下游分离成本,实现电化学还原碳中和策略的实际应用。
Yizhu Kuang, Hesamoddin Rabiee, Lei Ge*, Thomas E. Rufford, Zhiguo Yuan, John Bell, and Hao Wang*. High‐concentration electrosynthesis of formic acid/formate from CO2: reactor and electrode design strategies.
DOI: 10.1002/eem2.12596
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25. 原位水热氧化法制备高效三元FeCoNi合金全解水催化电极
通过一步水热氧化法原位合成制备FeCoNi合金用作全解水催化电极。与负载型电极相比,原位生长型双功能FeCoNi催化电极具有自然过渡且强结合力的基体/催化层界面,提高了电极界面稳定性。研究表明合金元素组成以及氧化剂浓度对电极催化性能具有显著影响。微观组成研究表明丰富的催化剂活性物种、以及M2+/M3+的平衡比例对催化活性也至关重要。
Yuwei Chen, Lixia Yang, Chao Li, Yuqiu Wu, Xiao Lv, Hairen Wang, Jun`e Qu*, In situ Hydrothermal Oxidation of Ternary FeCoNi Alloy Electrode for Overall Water Splitting.
DOI: 10.1002/eem2.12590
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发展历程
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