余桂华团队，连发Nat. Commun.和Angew.！

前言介绍

2022年5月19日和5月18日，美国德克萨斯州大学奥斯汀分校余桂华教授团队分别在Nat. Commun.（IF=14.919）和Angew. Chem. Int. Ed.（IF=15.336）上发表了两篇最新成果，即“Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments”和“Revealing the Solid-State Electrolyte Interfacial Stability Model with Na-K Liquid Alloy”。下面，对这两篇成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！

成果展示

1. Nat. Commun.：超吸湿性聚合物薄膜在干旱环境中可持续收集水分

提取无处不在的大气水分是一种可持续的策略，可以分散获取安全管理的水，但是由于其在低相对湿度（≤30% RH）下的每日水输出量有限，因此仍然具有挑战性。基于此，德克萨斯州大学奥斯汀分校余桂华教授（通讯作者）等人报道了一种超吸湿性聚合物薄膜（SHPFs），以从干旱气候（≤30% RH）中提取水蒸气，并具有出色的动力学性能。SHPF由地球上丰富的生物质、konjac葡甘聚糖（KGM）和羟丙基纤维素（HPC）作为混合聚合物基质组成，以保持均匀分散的LiCl溶液，在15% RH和30% RH下分别实现了0.64 g g^-1和0.96 g g^-1的高吸水率。

具体而言，SHPFs具有由KGM促进的分级多孔结构，可以提供扩大的吸附剂-空气界面和快速的水蒸气传输路径。热响应HPC允许聚合物链和水分子之间的可控相互作用，实现在10 min内释放水，在15% RH下每天实现14次吸附-解吸循环，在30% RH下每天实现24次循环。此外，SHPFs中盐颗粒的聚集得到有效抑制，保证了循环过程中稳定的吸水性能，日产水量高达5.8 L kg^-1（15% RH）和13.3 L kg^-1（30% RH）。基于所有这些优点，预计SHPFs将加速大气水收集（atmospheric water harvesting, AWH）的实际实施，以可持续的方式提供安全管理的饮用水。

图文速递

图1. SHPFs的制备和表征

图2. SHPFs的水蒸气吸附-解吸性能

图3. SHPF的集水和稳定的循环性能

小结

总之，作者开发了一种新型SHPFs吸附材料，用于从干旱气候（RH<30%）中收集大气中的水。SHPFs的聚合物基质由可扩展的、廉价的、无毒的生物质（KGM和HPC）组成，它们促进了分层多孔结构以增强吸附-解吸动力学。此外，KGM/HPC网络在水合过程中抑制吸湿性盐颗粒的聚集，从而实现显着的吸水性和稳定的循环性能。SHPFs中捕获的水可以通过电加热辅助HPC链的亲水-疏水切换快速释放，可实现14-24次循环运行，日产水量高达13.3 L kg^-1。考虑到SHPF的厚度较薄，将SHPF缩放成多层吸附剂床或垂直吸附剂阵列有望进一步增加单位面积的产水量，同时提高密实度。预计SHPFs为填补技术差距提供了可能性，以开发具有成本效益和可持续的AWH系统，许多干旱地区和水资源紧张的社区将迫切需要这些系统。

文章信息

Scalable super hygroscopic polymer films for sustainable moisture harvesting in arid environments.Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-30505-2.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30505-2.

2. Angew. Chem. Int. Ed.：利用Na-K液态合金揭示固态电解质界面稳定性模型

目前，大多数研究工作致力于提高电极材料的储能容量，通过机械和化学增强来加速传输和反应速度，以及消除由于化学或电化学不稳定性而导致的过度能源消耗，尤其是在界面处。然而，由于分枝晶体生长导致的枝晶锂（Li）和剧烈的形态变化导致的死锂等致命问题很难完全避免。基于此，德克萨斯州大学奥斯汀分校余桂华教授和David Mitlin（共同通讯作者）等人报道了一种薄聚合物涂层作为人工电荷选择层，该涂层不仅可以有效地防止接触化学反应，而且还可以稳定离子选择通道（ISCs）并实现具有相当低过电位的稳定长周期循环。

作者研究了通过在合成过程中添加过量的Na物种来细化NASICON的制备方法以及K离子在晶体结构中的钝化作用。然后，分别加入到聚氧化乙烯（PEO）中的双（三氟甲基磺酰）酰亚胺钠（NaTFSI）和高氯酸钠（NaClO₄）盐，用少量碳酸盐增塑剂涂覆在Na₃Zr₂Si₂PO₁₂（NASICON-typed）SSE上。这两种涂层都可以有效防止化学反应对Na-K的渗透，而NaClO₄也可以通过KClO₄的溶解度平衡限制阻止K从Na-K中进一步剥离。

此外，当施加大电流密度时，动力学控制更为重要，在这种情况下稳定的ISC将允许电池在较小的过电位下进行稳定的长周期循环。界面分解产物形成的电化学过程包含一个化学域和一个动力学域，分别由电解质组分的化学不稳定性和电化学不稳定性引起。通过对化学成分分布和晶体结构演变的表征，进一步证实了该假设，这种界面模型的发现可以指导未来的设计，以获得更好的电池性能。

图文速递

图1. Na-K合金设计示意图与表征

图2. NASICON的表征

图3. 对称Na-K电池的动力学性能与稳定性

图4. 对称Na-K电池的性能

图5. XPS表征

小结

总之，作者介绍了两种电荷选择机制和具有独特多阳离子系统的SSEs的电池EEI/SEI形成机制的原始模型，这些模型得到了增强的电池性能和高级表征的支持以进行验证。作者首先提出液态Na-K合金在SSE上提供共形界面接触，而没有Li枝晶问题，这是Li负极用于相干充电器转移的理想替代品。此外，由于对Na-K合金在固态系统界面处的电荷选择原理还没有深入了解，作者分别提出了与溶解度平衡和电化学动力学相关的两种控制机制。通过所提出的模型，我们进一步将电池中的这种界面化学扩展到更广泛的EEI/SEI形成过程，这可能是未来研究的一个很好的参考。

文章信息

Revealing the Solid-State Electrolyte Interfacial Stability Model with Na-K Liquid Alloy. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202203409.

https://doi.org/10.1002/anie.202203409.

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/b4179c46c2/

余桂华团队，连发Nat. Commun.和Angew.！

相关推荐

分享到：