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具有擴(kuò)展層間距的雜原子摻雜碳材料作為鈉離子電池(SIBs)的正極材料已得到廣泛的研究。然而，如何進(jìn)一步擴(kuò)大層間間距，揭示雜原子摻雜對碳納米結(jié)構(gòu)的影響，以開發(fā)更高效的SIB正極材料，還有待進(jìn)一步探索。

近日，阿德萊德大學(xué)喬世璋課題組成功制備了一系列富含氮元素，層數(shù)較少且層間距可調(diào)（0.45-0.51nm）的石墨烯（N‐FLG），制備方法是在不同高溫（T = 700、800和900℃）下以鋅為催化劑退火石墨化氮化碳。更重要的是，文章發(fā)現(xiàn)雜原子氮與合成材料的層間距也表現(xiàn)出了一定的相關(guān)性— 吡咯烷酮N對石墨烯層間間距增大的影響，這是因?yàn)樗哂懈鼜?qiáng)的靜電斥力。其中N‐FLG‐800在層間距、氮摻雜和導(dǎo)電性方面達(dá)到了最佳性能。當(dāng)N‐FLG‐800被用作SIBs的正極材料時(shí)，顯示出卓越的鈉離子存儲性能，具有超高的速率能力(40 A g?1時(shí)為56.6 mAh g?1)和優(yōu)異的長期穩(wěn)定性(2000圈循環(huán)后0.5 A g?1時(shí)為211.3 mAh g?1)。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901261

二維納米材料以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在能量轉(zhuǎn)換方面具有廣闊的應(yīng)用前景。開發(fā)有效的方法合成結(jié)構(gòu)和形貌可控的二維納米結(jié)構(gòu)材料是至關(guān)重要的。限域生長這一新興的概念被認(rèn)為是設(shè)計(jì)和合成新型二維納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)有前途的策略。

南洋理工大學(xué)張華和北京化工大學(xué)的衛(wèi)敏與邵明飛課題組共同總結(jié)了近年來以層狀材料為基體 (又稱“納米反應(yīng)器”)限域合成二維納米結(jié)構(gòu)材料的研究進(jìn)展。利用這些層狀基體的空間約束和表面約束效應(yīng)，成功合成了多種結(jié)構(gòu)良好的二維納米材料，包括二維金屬、二維金屬化合物、二維碳材料、二維聚合物、二維金屬有機(jī)骨架(MOFs)和共價(jià)有機(jī)骨架(COFs)以及二維碳氮化物。文章介紹和討論了這些二維材料在電催化中的廣泛應(yīng)用(如電化學(xué)氧/氫演化反應(yīng)、小分子氧化和氧還原反應(yīng))。最后，從設(shè)計(jì)新材料和探索實(shí)際應(yīng)用的角度，評述了二維約束合成的挑戰(zhàn)和前景，這將推動這個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域在基礎(chǔ)研究和最終工業(yè)化方面取得更大的成功。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900486

碳材料豐富的表面化學(xué)信息和邊緣結(jié)構(gòu)引起了人們對催化的極大興趣。對于析氧反應(yīng)(OER)，由于各種共存的邊緣構(gòu)型的復(fù)雜性以及碳腐蝕與碳催化之間的爭議，碳材料的邊緣效應(yīng)很少得到詳細(xì)的研究。

在本篇工作中，以結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系為重點(diǎn)，以指定構(gòu)型(Z字型和扶手椅型)的多環(huán)芳烴(PAHs)為模型分子，研究了在OER中常見的碳活性邊緣位點(diǎn)的確切作用。多環(huán)芳烴的Z形構(gòu)型被確定為OER的活性位點(diǎn)，同時(shí)在一定電位下也表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性。此催化劑的的TOF值為0.276 s^-1 / 0.1 M KOH。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201902884

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單原子以其最大的原子利用率、高效率和良好的選擇性，在能量轉(zhuǎn)換和存儲領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。此外，它們獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)可以提高活性位點(diǎn)的內(nèi)在活性。然而，單原子表面高自由能不可避免地導(dǎo)致其嚴(yán)重聚集，導(dǎo)致催化活性下降，循環(huán)壽命較差。為了解決這些問題，需要開發(fā)高表面積的載體來降低單個(gè)原子的加載密度，進(jìn)一步降低表面自由能。此外，設(shè)計(jì)這些載體的活性位點(diǎn)還可以調(diào)節(jié)單原子的化學(xué)配位，提高它們的催化性能。石墨烯具有表面積大、導(dǎo)電性好、表面性能可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于原子金屬催化劑的負(fù)載。

南開大學(xué)的陳軍和牛志強(qiáng)課題組首先概括了石墨烯負(fù)載單原子催化劑的制備策略和表征方法。接著，詳細(xì)討論了單原子催化劑在氧還原反應(yīng)、析氧反應(yīng)、析氫反應(yīng)、二氧化碳還原、甲烷氧化等方面的電化學(xué)應(yīng)用。最后，對單原子催化劑的制備和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smtd.201800443

水性鋅離子電池因其經(jīng)濟(jì)可行性和潛在的高能量密度而受到廣泛關(guān)注。然而，由于枝晶形成和自腐蝕等原因，傳統(tǒng)電解液中鋅陽極的充電能力較差，阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

京都大學(xué)的徐強(qiáng)課題組提出了一種由無機(jī)鋅鹽和水組成的鋅熔融水合物作為電解質(zhì)添加劑，成功解決了上述問題。在該電解質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)了無枝晶的Zn沉積/溶解反應(yīng)，庫侖效率高達(dá)≈99%，且長期穩(wěn)定，無CO2中毒。所得到的鋅空氣電池在30℃下循環(huán)100圈之后仍保有1000 的容量。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900196