纳米前沿顶刊日报20181209

纳米人

2018-12-09

1.UCLA杨阳Joule：NREL认证效率！11.52％的串联有机太阳能电池

由于一些潜在的优势，例如灵活性，重量轻，可能的半透明性以及快速大面积制造和低能耗，有机光伏（OPV）在过去十年中引起了极大关注。为了实现更高性能的OPV，可以通过将两个或更多个子电池堆叠在一起来发明串联结构。在串联OPV中，可以提高光子利用效率并且可以降低热损耗。UCLA杨阳教授联合多家单位报道了通过在后子电池中使用混合的非富勒烯受体来平衡串联OPV中的电压-电流损失的策略。通过该策略，串联OPV在实验室中表现出13.3％的最佳效率。由NREL进行了认证，串联器件的效率为11.52％。

Cheng P, et al. Efficient Tandem Organic Photovoltaics with Tunable Rear Sub-cells[J]. Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.11.011

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118305555

2.宾州州立大学Nat. Commun.：首次揭示钙钛矿中的八面体倾斜

八面体倾斜是钙钛矿相关结构中最普遍的扭曲，可以显着影响铁电，磁性和电子特性；然而，薄膜中的倾斜外延鲜有报道。非破坏性地表征这种外延由阴离子组成的低对称复杂倾斜三维系统是一项艰巨的挑战。Yuan等人证明了界面倾斜外延可以转换超薄钛酸钙。通过重建三维电子密度图，并采用原子分辨率相干布拉格棒分析，揭示薄膜-基底界面的八面体倾斜和极化畸变。该结果与像差校正透射电子显微镜与密度泛函理论非常吻合。该研究可作为非破坏性，三维原子分辨探测复杂界面的一种有效手段。

Yuan Y, et al. Three-dimensional atomic scaleelectron density reconstruction of octahedral tilt epitaxy in functionalperovskites[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07665-1

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07665-1

3.Angew.：三壳锰-钴氧化物空心十二面体用于可充电碱电池

北科大Ranbo Yu和中科院Dan Wang团队通过简单的连续两步煅烧Mn掺杂的ZIF-67前体（Co/Mn-ZIF），精确制备壳数为3的锰钴氧化物空心十二面体（Co/Mn-HD）。独特的多壳和多晶结构不仅提供非常大的电化学活性表面积（EASA），而且还增强了材料的结构稳定性，残留的C和N有助于提升稳定性并增加其导电性。当用于碱性可充电电池时，三壳Co/Mn-HD具有优异的电化学性能。

Jiao C, Wang Z, Zhao X, et al. Triple‐Shelled Manganese–Cobalt Oxide Hollow Dodecahedra with Highly Enhanced Performance for Rechargeable Alkaline Batteries[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201811683

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201811683

4.Angew.: 铜掺杂钌纳米颗粒大幅提升CO氧化活性!

众所周知，钌在许多催化反应中发挥着不可替代的作用；钌也是目前公认的单金属催化剂中CO氧化活性最好的催化剂。但是钌储量稀少，价格昂贵，因此发展贱金属掺杂且活性高的钌合金催化剂是研究的重点。这篇文章中作者发展了一种可调控Cu掺杂比的CuRu纳米颗粒的合成方法。研究发现，Cu掺杂的Ru纳米颗粒可大幅提升CO的氧化活性，Cu掺杂比在20%时活性最高。原位红外研究和DFT计算表明，Cu掺杂可以减小CO在Ru上的吸附能，从而大幅提高CO氧化活性。

Huang B, Kobayashi H,Kitagawa H, et al. Copper Substitution Induced CO Adsorption Site Change of aRuthenium Catalyst for Highly Enhanced CO Oxidation Activity[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI:10.1002/anie.201812325

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201812325

5.张强AM：纳米CoNi氢氧化物@羟基硫化物核壳异质结构增强OER

张强课题组通过乙醇改性的表面硫化方法制备纳米级CoNi氢氧化物@羟基硫化物核-壳异质结构，展示出优异的OER催化性能。先合成CoNi氢氧化物片，然后在氢氧化物表面上可控地产生超薄CoNi羟基硫化物壳层，形成核-壳异质结构。基于有效可控的4 nm超薄壳层的核壳异质结构确保了适度调节的电子结构、显著增强的电荷转移、充分暴露活性位点和用于电催化的强耦合异质界面。

Wang B, Tang C, Wang H, et al. A Nanosized CoNi Hydroxide@Hydroxysulfide Core–Shell Heterostructure for Enhanced Oxygen Evolution[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805658

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201805658

6.电子科技大学EES：五颜六色哦！！！高效棱柱钙钛矿太阳能电池问世！

有机无机杂化钙钛矿，如甲基铵碘化铅（MAPbI3）太阳能电池的单个内部量子效率可达到接近100％，但其仍然在光子能量中存在热力学损失，进而抵消器件的光电压和性能。Huang等人开发出一种具有光捕获的新型棱柱形钙钛矿太阳能电池配置，即Prim PVSC。通过调制系列内的光路子电池，旨在减轻器件的损失。其中入射的高能光子到低能量光子是由分开的四个水平对齐的不同的带隙的MAPbI_xBr_3-x子单元捕获。这个新设计的PVSC器件的开路电压高达5.3 V，效率高达21.3％。这个器件架构为钙钛矿太阳能电池的大面积模块应用提供了一条新的策略。

Huang J, Xiang S, Yu J, etal. Highly efficient prismatic perovskite solar cells[J]. Energy &Environmental Science, 2018.

DOI: 10.1039/C8EE02575D

http://dx.doi.org/10.1039/C8EE02575D

7.UCLA杨阳Nano Lett.：气相辅助原位掺杂碳纳米管用于钙钛矿太阳能电池

UCLA的杨阳教授团队介绍了一种简单且可扩展的方法，利用非原位气相辅助掺杂方法解决碳纳米管（CNT）导电性差的问题。三氟甲磺酸（TFMS）蒸汽掺杂CNT，调整了CNT电极的导电率和功函数。CNT薄层电阻降低了21.3％。在掺杂TFMS时，其功能从4.75 eV到4.96 eV。由于电阻降低，能级更好匹配和改善的吸光层，CNT电极基钙钛矿太阳能电池的效率为17.6％。此外，基于TFMS掺杂CNT的器件表现出更高的热稳定性和操作稳定性。

Lee J-W, et al. Vapor-Assisted Ex-Situ Doping of Carbon Nanotube towards Efficient and Stable Perovskite Solar Cells[J]. NanoLetters, 2018.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04190

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b04190

8.AEM：用于高电压全固态二次电池的双层聚合物电解质

单一的聚合物电解质或液态电解质，均无法同时满足放电过程中金属锂枝晶生长的还原电位和充电过程氧化物脱锂时的氧化电位之间的能量差。在本文中，Goodenough 等提出了双层电解质策略，其中一层用于实现无枝晶的金属锂沉积，而另一层保证在充电超过4 V时电解质不发生氧化。

Zhou W, et al. Double‐LayerPolymer Electrolyte for High‐Voltage All‐Solid‐StateRechargeable Batteries[J]. Advanced EnergyMaterials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805574

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201805574

9.AEM：分子层沉积聚氨酯薄膜实现超长寿命金属锂负极

金属锂由于具有超高的理论比容量和最低的氧化还原电势，因而被视为新一代电池中最有希望的负极材料。然而，枝晶生长带来的安全问题严重制约了金属锂负极的实际应用。金属锂表面不均匀的离子流和不稳定的SEI膜诱导枝晶生长和疏松的沉积结构，进一步使得电池的循环性能恶化甚至造成电池短路。在本文中，研究人员报道了采用分子层沉积方法制备的超薄聚氨酯人工SEI膜。聚氨酯中丰富的极性基团能够诱导锂离子流均匀分布并实现均匀的沉积-剥离过程。

Sun Y, Yang Zhao et al, ANovel Organic “Polyurea” Thin Film for Ultralong-Life Lithium-Metal Anodes via Molecular-Layer Deposition[J].Advanced Energy Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201806541

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806541

10.AEM：三维集流体与原子层沉积修饰对于实现高库仑效率金属锂负极的协同效应

改善金属锂负极的性能是实现新一代高比能二次电池的关键。然而，不稳定的电极-电解质界面与枝晶生长严重限制了金属锂负极的长期循环。本文提出了一种由高度均匀排列的垂直铜柱组成的锂金属电沉积与溶解的集流体制备工艺。通过合理地控制三维集流体的各项几何参数，能够对金属锂的沉积形貌和电化学性能进行优化。此外，研究人员还发现，在集流体上沉积一层超薄ZnO能够促进金属锂的初始成核。

Chen K-H, et al. Synergistic Effect of3D Current Collectors and ALD Surface Modification for High CoulombicEfficiency Lithium Metal Anodes[J]. Advanced Energy Materials, 2018.

DOI: 10.1002/aenm.201802534

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201802534