顶刊日报丨韩礼元、范红金、侴术雷、夏宝玉、IB Chorkendorff 等成果速递20201010

纳米人

2020-10-15

1. Nature Catalysis：表面渗透二元氧化物的酸度用于描述混合导电氧化物氧交换动力学

金属氧化物具有电子和离子导电的能力，以及其固有的热稳定性和化学稳定性，使其在能量转换和存储器件（固体氧化物燃料电池、电解器、渗透膜、高能量密度电池和光热反应器）、汽车排放催化剂和传感器以及最近的价变存储器件等领域具有吸引力。在这些应用中，在各种温度和氧分压漂移下，氧在固体和周围气体大气之间交换的速率通常决定器件的整体性能。因此，氧表面交换动力学一直是许多研究的焦点，特别是与固体氧化物燃料电池/电解槽、渗透膜和储氧材料的性能相关的表面交换动力学。

近日，美国麻省理工学院Clement Nicollet报道了二元氧化物的酸度标度可用于有效描述调整和预测混合导电氧化物上氧表面交换动力学。

本文要点：

1）研究人员对一种具有萤石晶体结构的混合导电氧化物Pr_xCe_1-xO_2-δ进行了验证。首先详细揭示了其体缺陷平衡和输运性质有了，其次，作为二元氧化物，它没有像目前流行的钙钛矿中观察到的那样，受到亚晶格阳离子的偏析，例如(La，Sr)CoO₃会受到选择性Sr表面偏析的影响。

2）结果显示，Pr_0.1Ce_0.9O_2-δ样品表面渗透一系列从强碱性(Li₂O)到强酸性(SiO₂)的二元氧化物，可以使化学表面交换系数K_chem变化6个数量级，其中Li₂O等碱性氧化物使K_chem增加近1000倍，表面浓度低至50 ppm。值得注意的是，尽管K_chem的预指数性与渗透的二元氧化物的酸度成线性关系，但活化能几乎没有变化。

3）研究人员提出这些剧烈变化的起因是由于渗透的二氧化氧化物的酸度降低，从而导致Pr_0.1Ce_0.9O_2-δ表面电子浓度的系统性增加。

Nicollet, C., Toparli, C., Harrington, G.F. et al. Acidity of surface-infiltrated binary oxides as a sensitive descriptor of oxygen exchange kinetics in mixed conducting oxides. Nat Catal (2020).

DOI：10.1038/s41929-020-00520-x

https://doi.org/10.1038/s41929-020-00520-x

2. Nature Commun.：通过微生物腐蚀制备镍铁氢氧化物用于高效OER

析氧反应在可充电金属空气电池和水电解装置等多种能量转换系统中具有重要意义。但是，该反应动力学缓慢的多质子/电子过程需要高效的电催化剂。贵金属（Ru，Ir等）基纳米复合材料表现出高活性，但有限的地球储量和高成本无法支持其实际应用。人们已经开发出许多地球富含金属催化剂替代品替代贵金属电催化剂，包括金属（氢）氧化物和硫化物。其中，Ni-Fe氧化物/氢氧化物已被证明是在碱性电解质中析氧的出色电催化剂。近日，华中科技大学夏宝玉等报道了一种微生物腐蚀方法来构造氢氧化镍铁电极用于高效电催化水氧化。

本文要点：

1）受自然微生物辅助腐蚀行为的启发，作者在厌氧硫酸盐还原菌存在下通过腐蚀工程制备了高活性的Ni-Fe复合材料Ni(Fe)OOH–FeS_x。

2）实验表明，所制备的电极在碱性电解液中具有出色的析氧活性，仅需220 mV的过电势即可达到10 mA cm^-2的基准电流密度。

3）实验和理论研究表明，化学腐蚀产生的羟基氢氧化物（Ni(Fe)OOH）与微生物腐蚀产生的铁硫（Fe–S）物种之间的协同作用是该催化剂高活性的原因。

该工作报道的微生物腐蚀策略不仅可以制备高效的候选电催化剂，而且还可以桥接传统的腐蚀工程技术和新兴的电化学能源技术。

Huan Yang, et al. Preparation of nickel-iron hydroxides by microorganism corrosion for efficient oxygen evolution. Nat. Commun., 2020

DOI: 10.1038/s41467-020-18891-x

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18891-x

3. Nature Commun.：基于GaN/oCVD-PEDOT结构的三维无机/有机混合光电子学

无机半导体与有机薄膜的结合为实现复杂的混合光电子器件提供了新的策略。导电聚合物的氧化化学气相沉积（oCVD）为获得高质量的三维无机/有机光电结构提供了一条灵活且可扩展的途径。近日，德国布伦瑞克工业大学Tobias Voss报道了利用oCVD法生长的空穴导电聚(3，4-乙二氧基噻吩)(PEDOT)在三维大长宽比微发光二极管上制备出透明的共形缠绕p型接触，解决了三维GaN技术中尚存在两个关键挑战：有机-无机混合结构的制备以及混合界面的电学性质的控制和分析。

本文要点：

1）研究人员首先oCVD作为一种沉积技术实现GaN-微棒结构上与纯PEDOT的共面覆盖，接下来研究直接在n-GaN衬底上制备的共形oCVD PEDOT层构成的平面混杂结构的电学性质。随温度变化的电流-电压（I-V）测量显示出明显的二极管特性，整流比约为10⁷ at±2 V，具有很高的时间、热稳定性和电稳定性。基于肖特基模型的I-V特性建模是一种推导势垒高度、理想性因子和开发带对齐模型。推导出的理想因子强化了由于温和沉积技术而在混合界面处具有低缺陷密度的概念。理想因子和有效势垒高度与界面电位起伏模型一致，有力支持了热离子发射是杂化界面的主要导电机制，oCVD PEDOT具有金属特性的概念。

2）针对p型oCVD PEDOT代替常用的p-GaN层的平面结构，详细讨论了有机-无机混合LEDs中oCVD PEDOT的性能。与参考的传统无机LEDs相比，GaN/PEDOT混合LEDs在相似的施加电压和接触尺寸下显示出明亮而均匀的发光，发光面积更大。与p-GaN相比，这主要是因为横向电流扩散的改善。为了验证该机理，研究人员展示了一种n-GaN/oCVD-PEDOT混合微棒阵列的电致发光(EL)，并与纯无机GaN基微棒LED阵列的光学性能进行了比较。

Krieg, L., Meierhofer, F., Gorny, S. et al. Toward three-dimensional hybrid inorganic/organic optoelectronics based on GaN/oCVD-PEDOT structures. Nat Commun 11, 5092 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18914-7

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18914-7

4. Chem. Rev.: 离子液体和离子液体溶液中的离子解离

离子液体（ILs）和离子液体溶液中阳离子和阴离子的离解程度具有重要的科学意义和实际意义，因为已证明离子离解会影响粘度，密度，表面张力，挥发性，溶解度，化学反应性，以及许多其他重要的化学和物理性质。当与溶剂混合时，离子液体为研究从溶剂中无限稀释到完全无溶剂状态的离子解离提供了独特的机会。研究IL和IL溶液中离子离解的最常用方法是将离子电导率（例如电化学阻抗谱（EIS））（它仅测量带电的离子，即离解的离子的运动）测量结果确定的摩尔电导率与由通过脉冲梯度场核磁共振波谱（PFG-NMR，给出所有离子的运动）测量的离子扩散率计算出的摩尔电导率进行比较。由于NMR测量很费时，因此通过这种方法研究的IL和IL溶液的数量相对有限。

有鉴于此，德克萨斯大学奥斯汀分校Joan F. Brennecke等人，介绍了通过传统摩尔电导率/PFG-NMR方法和ρ，η，λ方法确定的IL和IL溶液（水性和非水性）的离子解离值。探讨了IL溶液中阳离子和阴离子烷基链长度、结构、阳离子和阴离子的相互作用机理、温度和溶剂强度等因素的影响。

本文要点：

1）使用Stokes-Einstein方程式估算有效离子斯托克斯半径，可以根据易于测量的密度，粘度和离子电导率数据（ρ，η，λ）计算离子解离度，而IL和IL溶液的这些数据在目前的文献中可以大量获得。

2）介绍了几种表征离子解离的实验技术，并介绍了通过两种方法估算的纯离子液体以及离子液体与分子溶剂的混合物的离子解离值，ξ。第一个是通过离子电导率测量确定的摩尔电导率与通过NMR测量的扩散率之比。第二种方法使用Stokes-Einstein方程，通过实验的离子电导率，粘度和密度估算离子半径。对于纯ILs和IL溶液，这两种方法的值相当一致，在不同的ILs、溶剂和浓度上显示相同的趋势。对于纯离子液体，除某些具有高电荷密度的高度配位阴离子外，离子解离度随着阳离子烷基链长度的增加而降低。同样，增加烷基链长度对阴离子的影响表现出静电力和范德华力的竞争作用。离子离解与阳离子的电子受体能力(Lewis酸度)大致呈负相关，并随着阴离子极性的减小而增大，这是由于作用于给定离子对上的静电力的作用减小了。在离子液体的水溶液中，当阴离子的疏水性更高或阳离子或阴离子的烷基链更长时，ξ值会降低。

3）疏水性使水更难溶解离子并解离IL。离子解离对水含量相对不敏感，除非IL相对稀（水的摩尔分数> 0.8），其中ξ似乎降低。将其归因于将IL网络分解成小的带电聚集体，因此恒定离子尺寸的假设是不准确的。在水溶液中非常稀的浓度下，ξ在无限稀释下会朝着完全解离的方向增加。在非水溶剂中，离子解离度随着溶剂摩尔分数的增加而急剧下降。对于低介电常数溶剂（例如二氯甲烷，ε〜8.9），在IL无限稀释下，ξ趋于零。对于介电常数中等的溶剂（例如丙酮，ε〜20.7），在稀薄区域中，ξ趋于平稳。将这种行为差异归因于具有较大介电常数的溶剂具有优异的溶剂溶解离子能力，屏蔽阳离子和阴离子之间的吸引力以及分离离子对的能力。对于纯的IL以及IL与分子溶剂的混合物，由于所研究的温度范围有限，温度对ξ的依赖性很小。

Oscar Nordness et al. Ion Dissociation in Ionic Liquids and Ionic Liquid Solutions. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00373

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00373

5. Acc. Chem. Res.: 在纳米、微观和宏观尺度上对纳米晶气凝胶结构和性能的控制

将单个胶体纳米晶体组装成宏观的溶胶凝胶和气凝胶，为多孔结构领域引入了一种新的激动人心的材料类型。在这些所谓的纳米晶体凝胶中，可以控制结构和特性并在纳米和微观尺度上对其进行精确调节。目前，纳米晶凝胶材料在光催化、电催化和传感等领域已经得到了广泛的应用。有鉴于此，德国汉诺威大学Nadja C. Bigall等人，综述了在构建纳米晶多孔网络材料时，在纳米尺度上对单个构建单元的微调，在微观尺度上的网络连接，以及最终构建的宏观结构和形状方面所做的努力。

本文要点：

1）证明了阳离子交换反应（纳米级），纳米晶体网络上的后凝胶修饰（微米级）以及通过印刷技术（宏观规模）形成的凝胶结构如何使所得的纳米晶体凝胶网络具有新颖的物理化学，机械和电催化作用性质。还回顾了在针对微观和宏观结构的更传统的溶胶-凝胶化学中应用的方法，指出了它们在促进基于纳米晶体的气凝胶领域及其应用方面的未来潜力。

2）最近的研究表明，利用纳米晶体构建凝胶材料，可以将许多优异的纳米性质保留下来，而且甚至可以获得纳米晶体或其块体材料中所没有的性质。一般来说，这些材料的生产特点是通过湿化学方法合成稳定的纳米晶体胶体，然后对其进行去稳定作用处理，以便将纳米晶体排列成多孔的、相互连接的网络通过将离散结构单元的合成与组装过程分离，可以通过胶体纳米晶体化学中开发的各种工艺来精确控制其电子结构，光学特性和结构形态。

3）对所形成的凝胶结构中的结构-特性相关性的了解和控制，为开发新型应用打开了许多新途径。因此，转化为纳米晶体基凝胶结构的材料数量正在稳步上升。与此同时，组装方法的数量也在增加，提供了对整体网络结构和孔隙率以及单个纳米晶体连接的控制。所得的网络可以用不同的方法干燥以获得高孔隙的充气网络(气凝胶)或以其湿形式应用(溶剂凝胶)。

Pascal Rusch et al. Control over Structure and Properties in Nanocrystal Aerogels at the Nano-, Micro-, and Macroscale. Acc. Chem. Res., 2020.

DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00463

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00463

6. Joule：非富勒烯有机体相异质结太阳电池的自激解离

有机太阳能电池是由富勒烯分子作为电子受体与D：A界面形成体异质结，解离光学产生的高结合能Frenkel激子。近年来，人们发现非富勒烯分子可以作为电子受体来产生有效的D：A界面，从而有效地解离高结合激子近日，美国田纳西大学诺克斯维尔分校Bin Hu，华南理工大学叶轩立教授报道了在非富勒烯太阳能电池（[ITO/ZnO/C60-SAM/PM6:Y6/MoO₃/Ag]）中的供体：受体界面发生的自激解离，以完全分离电子-空穴对，从而具有高效的光伏作用。

本文要点：

1）通过现场监测D：A（PM6：Y6）界面的离解与光电流磁场效应的关系，观察到随着激子强度的逐渐增大，一旦非富勒烯Y6分子被光激发，D：A界面的离解变得异常容易。这呈现了一种通过逐渐增加光照度来识别的自激发离解现象，同时监测了光电流的磁场效应的离解。

2）研究人员在1 MHz光激发产生的磁电容发现，光激发Y6分子会产生一个偶极极化信号，导致PM6：Y6系统中的光致体极化。

3）研究人员指出，非富勒烯Y6分子的自激解离是通过光激发的光致偶极极化的非富勒烯Y6分子在D：A界面完全分离电子-空穴对，从而在非富勒烯有机太阳能电池中实现高效率的光伏性能。

Zhu et al., Self-Stimulated Dissociation in Non-Fullerene Organic Bulk-Heterojunction Solar Cells, Joule (2020)

DOI：10.1016/j.joule.2020.09.005

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.09.005

7. EES综述: 倒置钙钛矿太阳能电池

倒钙钛矿太阳能电池（IPSC）近年来因其可靠的操作稳定性，可忽略的回滞现象和低温制造工艺而备受关注。为了加速其商业化，在过去的几年中，IPSC的研究重点一直是提高功率转换效率，目前效率可达22.3%。鉴于此，上海交通大学的韩礼元和王言博等人总结概述了IPSC的效率进展，包括结构设计，钙钛矿薄膜的制造以及电荷传输材料的改性。

本文要点：

1）具体而言，重点强调了界面钝化对那些设备的性能的影响。最后，提出了对IPSC的进一步开发和商业化的观点，例如开发新的电子传输材料和背电极材料，以及使用场效应钝化材料和无机空穴传输材料。

2）具体建议如下，1）为克服V_OC较低的缺点，i）钙钛矿的结晶质量应进一步提高，以减少钙钛矿薄膜的缺陷密度；ii）富勒烯衍生物（PCBM）在IPSC中通常用作ETM。近年来，由于非富勒烯ETM的发展，有机太阳能电池的效率从12％急剧提高到17％。因此，需要开发具有合适能级和电导率的特定非富勒烯ETM，以匹配IPSC中的钙钛矿，以减少界面处的能量损失。2）场效应钝化材料可有效突破肖特基势垒，有利于电荷传输。然而，这些材料的大范围均匀性是未来的挑战性问题。3）当用无机NiO_X代替HTM时，IPSC的光稳定性大大提高，甚至超过1000小时，将来应开发更多的无机HTM。另一方面，热稳定性是与常规设备研究相似的普遍问题。此外，应进行其他稳定性测试，例如光循环，温度循环和偏压，以揭示降解机理。（4）尽管开发了新的化学稳定的背电极，例如Bi金属和碳。仍然难以通过低温工艺来制造具有高电导率的背电极。当前，IPSC的紧迫问题仍然是获得更高的效率，这有利于降低发电成本，从而加速其商业化进程。

Xuesong Lin, et al. Efficiency progress of inverted perovskite solar cells，Energy Environ. Sci., 2020

https://doi.org/10.1039/D0EE02017F

8. EES综述：发展锌离子电池电解质的基础和前景

近年来，国内外对低成本、高安全性锌离子电池(ZIBs)的发展进行了广泛的总结和综述。而对于实用化ZIBs面临的严峻挑战和瓶颈，ZIBs的性能应着重考虑合适电解质的有效开发以及实际应用。近日，中南大学梁叔全教授，周江教授，方国赵教授从锌离子电解质的基本特性、面临的问题和优化策略，到电解质/电极界面(EEI)的基础研究，特别是对EEI的可行性修饰和先进表征进行了系统的综述。

本文要点：

1）电解质是电池的重要组成部分，其物理化学特性直接影响电池的电化学性能和储能机理。基于此，作者首先全面概述和评价了锌离子电解质的离子电导率、离子迁移数、电化学稳定电位窗口等受电解质组成和结构因素影响的基本特性，以及在探索性研究中面临的问题和优化策略。

2）在工作的电池中，储能和释能总是伴随着电解质/电极界面(EEI)上的电子传递和离子传递。EEI主要包括负极-电解质界面(AEI)和正极-电解质界面(CEI)。EEI特性受电解液的影响很大，对稳定充电电池的循环性能，延长电池的使用寿命起着至关重要的作用。因此，深入了解电解质及相应的EEI具有重要意义。基于此，作者总结和评价了EEI的一些重要的界面特性，如物理接触、界面相容性、电化学稳定性、存在的问题、相应的策略以及EEI的表征和分析。

3）尽管锌离子电解质已经取得了突飞猛进的发展，但目前大多是建立在实验室的研究基础上的，与实际应用相去甚远。因此作者全面概述了在具体的研究过程中，需要考虑实际应用中可能遇到的一些关键问题，包括：电解质体系的选择，液体和液体电解质的用量，凝胶和全固体电解质的材料加工，以及电解质中的水分含量，电解质中溶解氧的影响等与电解质有关的问题以及膜辅助等。

4）考虑到电解质研究面临的挑战和进一步的发展，作者最后提出了关于电解质未来的前景和潜在的研究方向，包括：1）对电解质的结构，电化学原位状态以及与电化学性能关系的进一步认识；2）高性价比和创新性的电解质，包括：具有高电化学活性和长寿命稳定性的混合电解质，基于高能量密度的ZIBs方向的电解质调节以及良好环境适应性的功能性电解质；3）系统深入地研究电解质/电极界面，包括：电解质与电导率关系以及先进表征手段揭示界面效应。

Tengsheng Zhang, et al, Fundamentals and perspectives in developing zinc-ion battery electrolytes: A comprehensive review, Energy Environ. Sci., 2020

DOI：10.1039/D0EE02620D

https://dx.doi.org/10.1039/D0EE02620D

9. EES: 提高锂介导的电化学氮还原的稳定性，效率

氨是目前产量第二大的工业化学品，年产量超过172吨。它主要用作肥料，在上个世纪维持不断增长的世界人口中发挥了核心作用。氨也是工业上必不可少的基础化学品，而且，如果将生产有效地与太阳能或风能等可再生能源结合，则氨有望成为潜在的能源载体。目前，氨的生产依靠Haber-Bosch工艺，该工艺在高温（350-500°C）和压力（150-200 bar）下用氢气热还原大气中的氮气。目前，此过程的能源需求约占全球能源消耗的1％，并导致大量的CO₂排放，这主要是由于需要通过化石燃料的蒸汽重整生产H₂。此外，所需的高压反应条件需要大型集中设备，安装成本很高，将氨运输到使用地点的成本也很高。锂介导的氮还原是一种行之有效的电化学合成氨的可靠方法，但是迄今为止该方法还不稳定，并且锂的连续沉积限制了它的实际适用性。进一步发展这一过程的一个主要问题是人们对其机理知之甚少。

有鉴于此，丹麦科技大学IB Chorkendorff教授、斯坦福大学Jens Nørskov等人，开发一个模型来理解动力学，并使用该理解发展了一个潜在的循环过程。实验表明，它改善了系统的稳定性，并大大提高了法拉第效率。

本文要点：

1）虽然锂介导的氨合成在实际应用中仍存在明显的障碍，如替换牺牲的质子源，但该模型可以用于进一步改进工艺。气体扩散电极的使用可以提供非常有希望的替代N2压力的方法，以相对于质子独立地增加氮的质量传输。

2）该模型表明，只有在氮向表面的转移速率成比例增加的情况下，才能在相似的有限元条件下获得更高的速率。锂与氮牢固结合，并且对N₂的离解具有非常低的势垒，但是，Li是目前（至少到目前为止）已知的用于形成保护性SEI层的唯一电极材料。与锂离子电池类似，这种钝化SEI层可能在决定系统功能和催化性能方面起着至关重要的作用。首先，它可以通过防止工作电极上有机分解产物积累而导致电解液过度降解，从而有助于提高系统的稳定性。这不仅应保护催化剂免受中毒，还应有助于维持已证明的长期锂循环能力。

3）其次，如上所述，SEI层很可能是控制相对扩散速率的关键因素，相对扩散速率，它是实现高eNRR FE的关键变量。相对较慢的质子运输尤其让人联想到酶氮酶在环境中对N₂的还原作用，其中厌氧条件导致质子通过蛋白质的传递路径得到良好控制。一个重要的进步将是更好地理解SEI层的组成，以及三种扩散物种如何与之相互作用，以便能够调整个体的扩散率，使之达到最佳条件。

Suzanne Z. Andersen et al. Increasing stability, efficiency, and fundamental understanding of lithium-mediated electrochemical nitrogen reduction. Energy Environ. Sci., 2020.

DOI: 10.1039/D0EE02246B

https://doi.org/10.1039/D0EE02246B

10. EES：低界面电阻的全陶瓷正极复合材料设计与制造用于石榴石基固态电池

基于无机固体电解质的固态电池（SSBs）由于其不可燃性，为传统锂离子电池提供了更安全的替代品，同时为高能量密度和高功率密度的储能技术提供了广阔的前景。其中，基于硫化物和氧化物基固态电池结构由于其高的离子导电性和与锂金属的稳定性而一直受到关注。尽管氧化型电池在运行过程中具有优异的化学和电化学稳定性，但要在正极和氧化物电解液之间实现机械刚性和化学纯净的界面一直是一个严峻的挑战。氧化物电池通常表现出高的界面阻抗，同时很难达到活性正极材料的理论容量。

近日，美国麻省理工学院Jennifer L.M. Rupp报道了一种替代的陶瓷加工策略，该策略能够在异常低的加工温度下制备全氧化物复合正极，而不需要使用额外的烧结添加剂或流体电解质(聚合物凝胶，液体电解质)。利用该策略，研究人员展示了使用锂石榴石（Li₇La₃Zr₂O₁₂，LLZO）固体电解质的最常见的LiFePO₄和LiCoO₂正极。

本文要点：

1）研究人员开发了一种渗透步骤，在多孔LLZO支架中由金属盐直接合成LiCoO₂正极，从而在700 °C的低加工温度下在致密的LLZO固体电解质上形成LiCoO₂-LLZO等复合正极。结果显示，具有锂负极的LiCoO₂的放电容量有望达到118 mAh g^-1（3-4.05 V），界面电阻低至62 Ohm·cm²，同时，未发现LiFePO₄的临界相的不稳定性。

K. Kim and J. L. M.Rupp, All Ceramic Cathode Composite Design and Manufacturing towards Low Interfacial Resistance for Garnet-Based Solid-State Batteries, et al, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE02062A

https://doi.org/10.1039/D0EE02062A

11. AEM综述：先进钒基材料设计助力钠/钾离子电池中电化学活性的多电子反应

由于钠、钾资源丰富，下一代钠离子电池（SIBs）和钾离子电池（PIBs）被认为是当前锂离子电池最有希望的替代储能技术。新型高能钒基化合物可以发生多电子反应，表现出良好的钠/钾存储能力，在高能量/功率密度和长时间循环方面为高性能的SIBs/PIBs提供了新的解决方案。迄今为止，钒基化合物具有丰富的氧化还原中心（V²⁺-V⁵⁺）、稳定的骨架和较高的理论容量，已被广泛用于实际应用。合理利用钒多氧化还原中心的材料设计以及对其电荷转移过程和机理的基本了解是开发高性能电池的关键。

有鉴于此，澳门大学Yuxin Tang，澳大利亚伍伦贡大学侴术雷教授对高性能钒基负极/正极材料的科学重要性、基本设计策略、结构功能特性以及对钒基电极材料的最新研究进行了总结，并重点介绍了高性能钒基负极/正极材料的设计策略。

本文要点：

1）作者总结了无碱离子钒基储钠储钾复合材料的研究进展，包括：钒基氧化物，钒基硫化物/硒化物，钒基Mxenes以及其他钒基复合材料。

2）作者总结了含碱离子的钒基钠钾储存复合材料的研究进展，包括：钒青铜，钒基单聚阴离子，钒基热解聚阴离子，钒基氟聚阴离子，钒基混合聚阴离子以及其他钒基化合物。

3）作者最后概述了实现钒基电极的高性能在学术研究和商业应用上面临的主要挑战，包括：i）尚不能彻底揭示固有的Na+脱嵌/插层化学如何影响组成元素的占据和分布；ii）开发具有宽稳定电压窗口的全固态电池；iii）钒基电极/电解质的对称和非对称全电池设计；iv）通过材料结构设计或电解液调制来实现电极材料和全电池的高库仑效率(每次循环>99.9%)，以满足行业要求；v）虽然钒的毒性较低，但在工业层面上使用钒作为基础元素时，如何将其风险降到最低，仍然是需要攻克的具有挑战性的任务。

Mingzhe Chen, et al, Designing Advanced Vanadium-Based Materials to Achieve Electrochemically Active Multielectron Reactions in Sodium/Potassium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202002244

https://doi.org/10.1002/aenm.202002244

12. Small: 空气稳定的钙钛矿纳米晶-聚合物纳米纤维和波导激光发射

有机-无机杂化钙钛矿被认为是有前景的激光材料。尽管先前有报道说从纳米晶体，薄膜和单晶中产生激光，但是钙钛矿激光器的稳定性一直是其实际应用中的挑战。新加坡南洋理工大学的范红金和熊启华等人通过采用简便的乳液电纺丝方法制备超稳定钙钛矿聚合物杂化纤维的可扩展策略。

本文要点：

1）在静电纺丝过程中，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）首先固化成外壳层。同时，将包含聚偏二氟乙烯（PVDF）和钙钛矿前体的乳液滴向内推入并演变成被PVDF覆盖的钙钛矿纳米晶体。具有光滑表面的PMMA有利于光的传输，而防水PVDF可以阻止水分。

2) 在潮湿的环境（相对湿度> 60％）或在水中，MAPbBr₃纤维复合物的发光强度大。同时演示了来自光纤网络的放大自发发射和来自短切单根光纤的波导激光发射。

Zhe Wang, et al. Air Stable Organic–Inorganic Perovskite Nanocrystals@Polymer Nanofibers and Waveguide Lasing，Small，2020.

https://doi.org/10.1002/smll.202004409