顶刊日报丨Nature系列5篇,Amine、Sargent、陆俊等成果速递20200212
纳米人 纳米人 2020-02-13
1. Nature Reviews Materials: 非水系单价和多价离子电池负极材料的设计策略!

随着经济社会的发展,当前电池技术的进展已经无法满足工业化生产(如手机等便携式电子设备和电动汽车等)的需求。在可充电池的各个组分中,负极材料由于采用不同的电化学机制因而具有多样性,这同时也为高性能负极材料的开发造成了困难。最近,美国阿贡国家实验室的陆俊、Kahlil Amine和天津大学的Cheng Zhong等对非水系二次电池负极材料的设计策略等进行了综述。

 

本文要点:

1)  文章共分为金属负极、碳基负极、合金与转化反应负极以及展望四部分,在每一部分中作者都对相应负极材料存在的问题、对应改进策略以及进一步发展前景进行了全面分析。

2对于金属负极来说,其失效模式可分为金属负极诱发的电解液分解和异质金属电沉积两种,这取决于金属负极与电解液之间的相互作用。金属负极普遍存在着表面钝化、枝晶生长等问题,有效的解决策略包括更快的表面扩散调控、更好的沉积压力管理、更稳定SEI膜的构建。

3碳基负极材料主要存在体积比容量低、首周库伦效率低等问题,作者认为其在锂离子电池中取得的巨大成功不一定能够复制到其他电池体系中,这取决于金属离子溶剂化后是否能够高效可逆地脱嵌。

4基于合金和转化反应的负极材料常常面临体积膨胀、动力学迟滞等问题,可以通过形貌调控、电解液优化、表面修饰等手段进行改性。


1-.png


MatthewLi et al, Design strategies for nonaqueous multivalent-ion and monovalent-ionbattery anodes, Nature Reviews Materials, 2020

DOI: 10.1038/s41578-019-0166-4

https://www.nature.com/articles/s41578-019-0166-4

 

2. Nature Chem.:配位笼作为永久性多孔离子液体

将多孔结构域的大小和形状选择性与液体的流动性相结合是一个很有前途的想法,由功能化有机笼子组成的多孔液体最近引起了人们的关注。在此,剑桥大学Thomas D. BennettJonathan R. Nitschke描述一种离子-液体,其多孔,具有四面体配位笼。


本文要点:

作为在其他多孔液体中观察到的气体结合的补充,该材料还封装了非气态客体-观察到了一系列异构醇的形状和尺寸选择性。还显示了三种气态氯氟烃客体,三氯氟甲烷,二氯二氟甲烷和三氟氯甲烷被液体配位笼吸收,其亲和力随其大小增加而增加。这些发现将有助于合成其他多孔液体,这些液体的客体吸收特性可以进行调整以实现特定功能。


2-.png


LillianMa, Cally J. E. Haynes, Angela B. Grommet, Anna Walczak, Christopher C.Parkins, Cara M. Doherty, Louis Longley, Arnaud Tron, Artur R. Stefankiewicz,Thomas D. Bennett, Jonathan R. Nitschke. Coordination cages as permanentlyporous ionic liquids. Nat. Chem. 2020.

DOI:10.1038/s41557-020-0419-2.

https://doi.org/10.1038/s41557-020-0419-2

 

3. Nature Materials: 多阳离子钙钛矿可防止载流子从晶粒表面反射

最先进的钙钛矿太阳能电池中经常包含六个组分(AxByC1-x-yPbXzY3-z)。关于每个组分的确切作用仍然存在疑问,并且缺乏机械学解释限制了对庞大且不断增长的化学空间的实际探索。近日,麻省理工学院WilliamA. Tisdale、多伦多大学Edward H. Sargent等人借助于瞬态光致发光显微镜在钙钛矿单晶中发现载流子扩散率实际上与组分无关,而在多晶薄膜中,不同的组分在载流子扩散中起关键作用。

 

本文要点:

1)  在多晶薄膜中,不同的组分在载流子扩散中起关键作用。研究发现,基于MA的薄膜显示出0.047 cms-1的高载流子扩散率,而不含MA的CsFA基薄膜则显示出较低的扩散率。


2元素组成研究表明,CsFA基晶粒显示出渐变的组成,这限制了这些薄膜中的电子扩散。而MA的引入导致晶粒核心到边缘的成分均匀,从而导致CsMAFA薄膜的扩散率为0.034 cm2 s-1


3-.png


 W. A. Tisdale, E. H.Sargent, et al. Multi-cation perovskites prevent carrier reflection from grainsurfaces. Nat. Materials 2020.

DOI:10.1038/s41563-019-0602-2

https://www.nature.com/articles/s41563-019-0602-2

 

4. Nature Photon.: 多维高次谐波光谱空间分子干涉测量

干涉测量法是解决各种光波或物质波现象中相干特性的基本工具。在强场条件下,干涉测量法是揭示超快电子动力学的基础。近日,魏茨曼科学研究所Nirit Dudovich 等人通过操纵强场驱动的电子轨迹,并在微观水平上引入干涉仪来探测分子波函数的相干性。

 

本文要点:

干涉仪的两个臂由一个双色场控制,而干涉图则通过先进的三维高次谐波光谱法读取。该方案可恢复与分子轨道结构相关的光谱相位信息,以及相互作用本身的空间特性。进一步通过重建电子波函数隧穿势垒的角度,可以亚秒精度跟踪场致隧道电离的演化。


4-.png


Dudovich, N. et al. Spatial molecular interferometry viamultidimensional high-harmonic spectroscopy. Nat. Photonics 2020.

DOI:10.1038/s41566-019-0584-2

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0584-2

 

5. Nature Commun.: 钴催化的1,n-二烯烃的区域选择性链式双氢硼化反应

金属催化的1,3-二烯加氢硼化反应已发展成为选择性制备烯丙基或同烯丙基有机硼化合物的方法。然而,对1,3-二烯烃的双氢硼化反应研究甚少,主要是因为第一次氢硼化反应生成的烯烃内部含有未活化的烯烃,不容易进行第二次氢硼化反应。1,n-二烯烃选择性双氢硼化合成双(硼基)烷烃的催化剂尚不清楚。近日,新加坡国立大学的葛少中教授等人通过使用现成的钴催化剂,证明了这种双氢硼化反应可以合成双(硼基)烷烃,而且具有优异的区域选择性。


本文要点:

1)该反应的二烯烃的选用范围很广,包括许多共轭二烯烃和非共轭二烯烃。

2)机理研究表明,这种钴催化的双氢硼化反应是通过先对1,n-二烯进行反马氏尼科夫单氢硼化反应,然后再对生成的烯烃硼酸盐进行顺序的硼化反应。


5-.png


Ming Hu; Shaozhong Ge.Versatile cobalt-catalyzed regioselective chain-walking double hydroboration of1,n-dienes to access gem -bis(boryl)alkanes. Nature Communications, 2020.

DOI:10.1038/s41467-020-14543-2

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14543-2

 

6. Chem. Soc.Rev.: MOF衍生的电催化剂用于氧还原、氧析出、氢析出反应

MOFs近年来被视为一种新型的前驱体可以用来制备具有高电子电导率和均匀分布的活性位点的碳基电催化剂。在这篇综述文章中,扬州大学的Huan Pang弗朗霍夫研究所的Stefan Kaskel以及日本产业技术综合研究所(AIST)-京都大学能源化学材料开放创新实验室的徐强等对衍生自MOF的碳基电催化剂在OER/ORR/HER反应中进行应用的相关研究进行了总结概括。

 

本文要点:

作者首次总结了MOF基碳基催化剂的材料设计策略,揭示了碳基催化剂组成与结构的丰富可能性。作者还讨论了这些材料在ORR、OER、HER和多功能电催化中的广泛应用,并重点介绍了各种不同电催化反应对MOF基含碳催化剂的要求。最后,作者对该领域的发展前景进行了总结概括。


6-.png


Hao-FanWang, Huan Pang, Stefan Kaskel, Qiang Xu et al, MOF-derived electrocatalystsfor oxygen reduction, oxygen evolution and hydrogen evolution reactions, Chem.Soc. Rev., 2020

DOI: 10.1039/C9CS00906J

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/CS/C9CS00906J#!divAbstract

 

7. Chem. Rev.:手性纯碳纳米管:生长、分类和表征

作为碳的同素异构体之一,自1990年代初以来,碳纳米管(CNTs)就引起了人们的广泛关注。实际上,在过去的三十年中,碳纳米管是化学及相关领域研究最多的材料之一。纯手性SWCNT的制备不仅是巨大的科学挑战,而且还是许多高端应用的关键要求。因此,在过去二十年中,这个领域的研究活动非常广泛。在此,美国国家标准与技术研究所Ming Zheng北京大学李彦教授总结了迄今为止的最新成就和积累的知识,并从三个方面讨论了未来的发展和尚存的挑战:可控的生长、后合成排序和表征技术。


本文要点:

在生长部分,重点讨论了手性控制生长的机理和催化剂的设计。在排序部分,根据排序目标而不是方法对已有的文献进行整理和分析。由于手性分配和定量在选择性制备的研究中是必不可少的,还在最后部分对SWCNTs的表征技术进行了全面的描述和讨论。尽管在这一领域取得了令人瞩目的进展,但仍需要付出更多努力来开发制备大量超纯SWCNTs(例如>99.99%)的方法,以及用于各种纳米管样品的高空间分辨率的无损快速表征技术。


7-.png


FengYang, Meng Wang, Daqi Zhang, Juan Yang, Ming Zheng, Yan Li. Chirality PureCarbon Nanotubes: Growth, Sorting, and Characterization. Chem. Rev. 2020.

DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00835.

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00835

 

8. Adv. Sci.:劲爆!回收利用的柔性金电极,高效钙钛矿器件的福音!

使用金属电极的钙钛矿太阳能电池(PSC)因其高效,低制造温度和低成本潜力而被认为是下一代光伏设备的有希望的候选者。但是,金属接触电极的复杂而严格的热沉积工艺对于缩短商用PSC的能量回收期仍然是一个具有挑战性的问题,因为无处不在的一次性使用接触电极会浪费有限的资源并污染环境。东京大学Atsushi Wakamiya,Kazunari Matsuda和华东理工大学Luyang Chen团队开发了一种通过简单的干转移工艺制造的纳米多孔金膜电极,以取代PSC中的热蒸发金电极。

 

本文要点:

1)在具有纳米孔金膜电极的PSC中,证明了19.0%的高效率(PCE)。此外,电极被回收利用超过12次,以实现PSC的制造成本和贵金属材料消耗的进一步降低,并防止环境污染。

2)当将纳米多孔金电极应用于柔性PSC时,经过1,000次苛刻的弯曲测试后,PCE达到17.3%,弯曲耐久性达到≈98.5%。

总而言之,纳米级孔和多孔结构阻止裂纹产生和扩展的能力使纳米孔金电极可以回收利用,并具有出色的弯曲度。


8-.png


FengjiuYang et al. Recycled Utilization of a Nanoporous Au Electrode for ReducedFabrication Cost of Perovskite Solar Cells,Advanced Science, 2020

DOI:10.1002/advs.201902474.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201902474

 

9. Adv. Sci.:21.0%纪录效率!非掺杂、溶液法制备天蓝色OLED!

尽管已研究了许多热激活延迟荧光(TADF)有机发光二极管(OLED),但基于蓝色,甚至天蓝色TADF的非掺杂溶液法制备的器件仍然很少见。鉴于此,武汉大学Guohua Xie和 Chuluo Yang联合杜伦大学Fernando B. Dias团队在一个分子中引入了通过空间电荷转移(TSCT)和键电荷转移(TBCT)以及多供体/受体特性。

 

本文要点:

1)这种材料表现出较小的单重态-三重态能量分裂(ΔEST)和较高的跃迁偶极矩。分子扭曲结构的性质有效地抑制了分子间的堆积,从而在整齐的薄膜中获得高的光致发光量子产率(PLQY)。

2)基于该设计策略,包含三个施主单元和三个受主单元的T-CNDF-T-tCz可以成功地同时实现较小的ΔEST(≈ 0.03  eV)和较高的PLQY(≈ 0.76)。

3)在基于溶液法工艺的非掺杂天蓝色OLED中,未经掺杂的溶液处理的天蓝色TADF-OLED的显示了外部量子效率高达21.0%创纪录效率,具有超过5200 cd m-2的高亮度。


9-.png


XujunZheng et al. Achieving 21% External Quantum Efficiency for Nondoped Solution‐Processed Sky‐Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence OLEDs by Means ofMulti‐(Donor/Acceptor) Emitter with Through‐Space/‐Bond Charge Transfer,Advanced Science, 2020

DOI:10.1002/advs.201902087.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201902087

加载更多
557

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 ICP备16031428号

关注公众号