Nature Materials连发6篇新材料与新能源综述！

能源是现代社会安身立民之本！没有能源，飞机汽车不能跑，卫星不能上天，手机电脑不能用，夏天要热成狗，还有最最最要不得的：

 

有鉴于此，Nature Materials近日连发6篇新材料和新能源综述，从多个角度深刻、系统地剖析了如何使用新材料来更好、更快地全面实现可持续清洁能源！

 

第一篇：可持续能源之路

The path towards sustainable energy

 

本文由1997年诺贝尔物理学奖得主、美国第12任能源部部长、斯坦福大学教授朱棣文、斯坦福大学教授崔屹和斯坦福大学Nian Liu博士执笔，就新材料对光伏器件、电池、太阳能与化学能转换三大可持续能源系统的研究展开了深入讨论，并展望了新材料今后在可持续能源应用中的研究方向。

 

 

 

图1. 未来的新能源时代

 

参考文献：Steven Chu, Yi Cui , Nian Liu. The path towards sustainable energy. Nature Materials 2017, 16, 16-22.

 

第二篇：太阳能转化

Materials for solar fuels and chemicals

 

本文由斯坦福大学Joseph H. Montoya和Jens K. Nørskov执笔。主要综述了通过光伏技术和电化学技术将太阳能转化为燃料和有用化学品的里程碑事件，重点讨论了如何设计和寻找高效的吸光材料和高效的纳米催化剂来更好的实现水裂解和CO₂还原，并对其中的技术-经济-可持续性平衡问题、表界面问题展开深入分析。

 

 

 

图2. 光伏/电解技术和光电化学技术水裂解示意图

 

参考文献：Joseph H. Montoya, Jens K. Nørskov et al. Materials for solar fuels and chemicals. Nature Materials 2017, 16, 70-81.

 

第三篇：电池可持续性发展

Sustainability and in situ monitoring in battery development

 

本文由剑桥大学C. P. Grey和Alistore欧洲研究所J. M. Tarascon执笔。主要讨论了各种电池的可持续发展方向和重大进展，重点讨论了各种电池原料、各种电解液、原位模拟分析技术以及电池集成管理系统如何实现可持续性！

 

 

 

图3. 各种元素的资源对比

 

 

 

图4. 各种可充电电池示意图

 

 

 

图5. 电解液可持续发展趋势

 

 

 

图6. 未来电池系统可能的集成管理示意图

 

参考文献：C. P. Grey and J. M. Tarascon. Sustainability and in situ monitoring in battery development. Nature Materials 2017, 16, 45-56.

 

第四篇：光伏相干效应

Photovoltaic concepts inspired by coherence effects in photosynthetic systems

 

本文由阿卜杜拉国王科技大学 Jean-Luc Brédas，普林斯顿大学Gregory D. Scholes和多伦多大学Edward H. Sargent执笔。主要综述了近十年来光合作用系统中的相干效应如何启发光伏器件中的有效能量传递和电荷分离，重点讨论了如何利用这种相干效应来制备更好的太阳能电池。

 

 

图7. 相干效应

 

 

 

图8. 相干电荷在界面的分离

 

参考文献：Jean-Luc Brédas, Edward H. Sargent and Gregory D. Scholes. Photovoltaic concepts inspired by coherence effects in photosynthetic systems. Nature Materials 2017, 16, 35-44.

 

第五篇：电化学能源界面

Energy and fuels from electrochemical interfaces

 

本文由美国阿贡国家实验室Vojislav R. Stamenkovic和Nenad M. Markovic等人执笔。主要综述了固液界面电催化在能源领域的重大进展，重点讨论了HER、HOR、OER和ORR电催化剂的材料设计和在电解池、燃料电池中的应用，并对共价-非共价作用在实际催化剂中的作用展开具体分析。

 

 

 

图9. 水溶液和有机溶液中的固液界面

 

 

 

图10. 碱性环境中Pt(111)面的HER/HOR和OER/ORR典型极化曲线

 

 

 

图11. 高活性ORR电催化剂的设计策略

 

表1. 电解池和燃料电池在酸、碱性环境中的参数、性能和优缺点汇总

 

 

参考文献：Vojislav R. Stamenkovic, Nenad M. Markovic et al. Energy and fuels from electrochemical interfaces. Nature Materials 2017, 16, 57-69.

 

 

第六篇：光伏能源转化

Energy conversion approaches and materials for high-efficiency photovoltaics

 

本文由新南威尔士大学Martin A. Green 和 Stephen P. Bremner执笔。主要综述了近年来光伏效率提高的重大进展，重点讨论了如何通过合理的材料设计和方法学来突破Shockley–Queisser极限。

 

 

 

图12. 太阳能电池原理及其SQ理论极限值和最高实验值

 

参考文献：Martin A. Green and Stephen P. Bremner. Energy conversion approaches and materials for high-efficiency photovoltaics. Nature Materials 2017, 16, 23-34.

 

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