麦立强教授团队，连发Angew.、Nano Energy！

前言

2023年4月20日，武汉理工大学麦立强教授团队分别在Angew. Chem. Int. Ed.和Nano Energy上发表了两篇最新成果，即“Coordinating the Edge Defects of Bismuth with Sulfur for Enhanced CO₂ Electroreduction to Formate”和“Tellurium Filled Carbon Nanotubes Cathodes for Li-Te Batteries with High Capacity and Long-term Cyclability”。下面，对这两篇最新成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！

1、 Angew. Chem. Int. Ed.：BBS高效电还原CO₂生成甲酸盐

铋（Bi）基材料被认为是一种电催化CO₂还原反应（ECO₂RR）中很有前途的催化剂，但由于竞争性析氢反应（HER）而导致其低选择性仍然是一个挑战。

基于此，武汉理工大学麦立强教授（通讯作者）等人报道了一种Bi的边缘缺陷调制策略，即通过电化学重构Bi₁₉Br₃S₂₇纳米线（BBS），设计了边缘缺陷位点与S协调的Bi纳米片，其中边缘S调控Bi催化剂表现出提高甲酸产量和抑制HER。在结构转变过程中，BBS预催化剂转化为具有大量缺陷的金属Bi，Br原子以HBr的形式完全逸出，而S原子可以部分地保持和稳定在Bi缺陷的边缘位置。

测试发现，所制备的BBS催化剂具有优异的产物选择性，在碱性电解质下HCOO^–法拉第效率（FE）高达95%，HCOO^–局部电流密度约为250 mA cm^-2。密度泛函理论（DFT）计算表明，S倾向于与Bi边缘缺陷结合，减少配位不饱和Bi位点（*H吸附位点），调节邻近Bi位点的电荷状态，从而提高*OCHO吸附。该工作加深了对Bi基催化剂ECO₂RR机理的认识，为设计更先进的ECO₂RR催化剂提供了指导。

图1. BBS的催化性能

图2. BBS的形貌与成分表征

图3. BBS的电化学表征

图4. 理论计算

综上所述，作者通过电化学重构Bi₁₉Br₃S₂₇纳米线，合成了具有S修饰边缘缺陷位点的Bi纳米片。原位和非原位表征表明，S掺杂剂主要位于Bi纳米片的边缘位置，对*OCHO中间体具有较强的吸附能力，可以抑制ECO₂RR过程中H₂和CO中间体的生成。在碱性电解液中，得到的边缘S调控Bi纳米片在宽电位范围内具有高电流密度（~400 mA cm⁻²）和HCOO^– FE（>90%）和极低的H₂ FE（<5%）。该工作强调了精确的配位结构调整对于开发高效ECO₂RR电催化剂的重要性。

Coordinating the Edge Defects of Bismuth with Sulfur for Enhanced CO₂ Electroreduction to Formate.Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202303117.

https://doi.org/10.1002/anie.202303117.

2、Nano Energy：Te填充CNTs正极用于高容量和长期循环的LIBs

对比传统的锂离子电池（LIBs）和Li其他VIA族元素（包括O、S、Se）电池，锂-碲（Li-Te）电池显示出高比容量和优异导电性的压倒性特征，使得LIBs在电池封装尺寸有限的现代便携式电子产品和电动汽车中具有重要意义。然而，LIBs的致命弱点是在循环过程中，聚四氟乙烯会发生巨大的体积变化和不可避免的溶解。

基于此，武汉理工大学麦立强教授、丁瑶副教授和吴劲松教授（共同通讯作者）等人报道了一种通过物理气相传输（PVT）方法合成的基于封装在N掺杂多壁碳纳米管（CNTs）中的多晶Te的正极材料（Te-填充-CNTs，Te-filled CNTs）。通过CNT主体的独特空间限制，可以很好地保留电化学活性的Te含量，并且所制备的Te-filled CNTs正极基于Te含量提供590 mAh g^-1的高比容量。

更重要的是，通过使用稳定多金属（Li₂Te_n）的纳米级空腔（4-6 nm），正极的反应动力学和电化学可逆性得到了显著改善。同时，通过一系列原位表征直接揭示了Te-filled CNTs的两步放电/充电机制。此外，密度泛函理论（DFT）计算证明，对比裸露CNT，封装的Te确保了更低的Li化能垒。该工作揭示了CNT的纳米约束效应，以提高Li-Te电池中Te基正极的利用率和循环稳定性。

图1. Te-filled CNTs的合成与表征

图2. Te-filled CNTs的TEM图像

图3. Li-Te电池中Te-filled CNTs正极的电化学性能

图4. 充/放电过程中Te-filled CNTs的原位拉曼表征

图5. 第2次至第3次充/放电循环的原位XRD表征

图6. 单纳米管的非原位和原位TEM表征

图7. DFT计算证明Te-filled CNTs的高容量和长循环稳定性

综上，作者通过一种简单的PVT方法成功地将多晶Te封装在CNTs中。Te-filled CNTs作为Li-Te电池的正极，具有高导电性、结构稳定性、快速的Li⁺扩散动力学和多碲化物保存性能，使正极具有超高比容量和优异的可循环性。

具体而言，对比Te/CNTs正极，Te-filled CNTs正极具有更高的比容量（50 mA g^-1时590 mAh g^-1）、更稳定的两步反应平台和更好的电化学可逆性。各种原位和非原位表征揭示了Te-filled CNTs正极的两步反应放/充电机制，其中CNT载体能够通过减少循环过程中的体积变化和多碲化物溶解来减少容量损失。

该工作为高性能Li-Te电池提供了一种可行且可扩展的Te基正极合成方法，系统地揭示了Te在这种新型电池中的电化学反应机理。

Tellurium Filled Carbon Nanotubes Cathodes for Li-Te Batteries with High Capacity and Long-term Cyclability. Nano Energy, 2023, DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108462.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108462.

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麦立强教授团队，连发Angew.、Nano Energy！

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