5月第4期《封面大賞》專欄收錄2021年5月第4周Advanced材料科學(xué)類頂刊上發(fā)表的關(guān)于能源轉(zhuǎn)化與存儲的封面文章。
香港大學(xué)郭正曉教授團隊及合作者綜述了為金屬有機框架化合物（MOF）造孔方法的研究進展。孔容、孔徑分布、孔空間分布等因素會影響MOF電極材料的離子擴散和電荷傳導(dǎo)，極大地決定了MOF電極電化學(xué)性能。本文從MOF材料的設(shè)計、合成、后處理等方面全面總結(jié)了MOF及其衍生物材料產(chǎn)生孔并調(diào)控孔結(jié)構(gòu)的策略。文章首先分析了孔結(jié)構(gòu)對于MOF電化學(xué)儲能電極的重要性。接著分為MOF和MOF衍生物兩類，詳細(xì)介紹了從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料合成到產(chǎn)物后處理過程的造孔策略與典型例子。綜述還收錄了多孔MOF材料在超級電容器和離子電池中的應(yīng)用實例。本文是了解多孔MOF材料前沿進展的絕佳參考資料。
畫面中央開窗里展示了三種MOF材料的晶體結(jié)構(gòu)及穿梭其中的離子，對應(yīng)了文章綜述對象。左上角有一只手正拿著MOF框架單元，代表從分子結(jié)構(gòu)水平上調(diào)控MOF結(jié)構(gòu)。右上角閃電和右下角汽車可能呼應(yīng)了電化學(xué)能源存儲的背景。畫面左下角隱約可見一個MOF晶體結(jié)構(gòu)模型。
新加坡南洋理工大學(xué)能源研究所（Nanyang Technological University Energy Research Institute）團隊探究了鈣鈦礦材料的制備方式對材料熱穩(wěn)定性的影響。作者們利用共蒸發(fā)沉積法合成出的MAPbI3鈣鈦礦材料在無任何保護層存在、85°C下工作3600小時后，仍能保持近80%的能量轉(zhuǎn)換效率，顯示出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。而基于溶劑中反應(yīng)合成的相同鈣鈦礦材料則對高溫敏感，性能衰減迅速?；趯嶒灲Y(jié)果，作者們認(rèn)為鈣鈦礦材料的合成方法對其熱穩(wěn)定性影響巨大。致密、無應(yīng)力的薄膜結(jié)構(gòu)是優(yōu)良熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
落日余暉下室內(nèi)高溫難耐。此時，兩個燒杯中盛裝的粉末散發(fā)出來互相交融，鈣鈦礦材料便應(yīng)運而生。該構(gòu)圖不僅指示了本工作涉及的共蒸發(fā)沉積合成方法，還表達了所合成的鈣鈦礦材料耐高溫的最大亮點。
沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)（King Abdullah University of Science & Technology）Pascal E. Saikaly教授和Srikanth Pedireddy博士等人合作，報道了一種利用產(chǎn)電細(xì)菌胞外電子轉(zhuǎn)移過程合成單原子催化劑的方法。該合成方法的核心是利用產(chǎn)電菌Geobacter sulfurreducens代謝過程中產(chǎn)生的細(xì)胞外電子還原附著在細(xì)菌表面的金屬離子。由于金屬離子與細(xì)菌表面細(xì)胞色素c存在配位作用，最終實現(xiàn)以單原子方式沉積金屬。所形成的金屬單原子與相鄰三個氮原子配位，均勻分布于細(xì)菌表面。此法可用于合成Fe、Ir、Pt、Ru、Cu、Pd等金屬單原子催化劑。其中Ir催化劑是一種優(yōu)秀的水分解催化劑，OER與HER催化性能分別媲美IrO2與Pt(10 wt.%)/C催化劑。
畫面下方的紅色細(xì)菌表面附著許多黑色金屬單原子，直觀體現(xiàn)出借用細(xì)菌之力合成催化劑的主題。這些金屬單原子正將水分子分解為氧氣和氫氣，對應(yīng)了水分解催化性能。電流可能指代兩層含義：1）利用產(chǎn)電菌胞外電子轉(zhuǎn)移過程制備單原子金屬催化劑；2）電催化應(yīng)用。
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