【顶刊】最新集锦 | 石墨炔、锂空/锂硫/锂离子电池、钠离子电池

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石墨炔(Graphdiyne, GDY)是一种由炔键（sp杂化碳）和苯环（sp²杂化碳）链接而成的新型的单原子厚度的碳同素异形体，其特殊的sp和sp²杂化带来的表面电荷分布不均匀性引发了许多奇特的性质，引起了科学界和工业界的极大兴趣。基于石墨炔的可控生长可以获得不同形貌的聚集态结构，如纳米线、纳米管阵列、纳米片和有序条纹阵列等。石墨炔在能源、催化、光电转换、生命科学及微电子学等领域的基础科学和应用科学研究表现出巨大的潜力。

中科院化学所李玉良院士团队首先介绍了石墨炔的基本性质，然后介绍了石墨炔基纳米结构制备的最新进展及其应用，以及相应的机理，并对未来的关键展望进行了讨论。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803101

异质结构由于具有快速的电荷转移动力学特性，对先进的储能器件具有很大的吸引力，有利于提高储能材料的倍率性能。然而，如何合理、简便地构造出电化学性能良好的异质结构仍然是一个巨大的挑战。

澳大利亚伍伦贡大学郭再萍团队及江苏师范大学王庆红团队以金属有机骨架为前驱体，成功制备了嵌在氮掺杂碳框架中的超精细CoO/Co₃S₄异质结纳米颗粒(CoO/Co₃S₄@N‐C)。作为钠离子电池的负极材料，CoO/Co₃S₄@N‐C电极展现出较高的比容量(100 mA g⁻¹时为1029.5 mA h g⁻¹)和优异的倍率性能(5 A g⁻¹时为428.0 mA h g⁻¹)，这可能得益于电极材料良好的导电性、快速的Na⁺传输性能和稳定的骨架结构。密度泛函理论计算进一步证实了所构建的异质结构促进了电荷传输动力学性能。这项工作为构建高性能金属离子电池的金属氧化物/硫化物异质结构提供了一种可行的方法。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201901925

锂(Li)空气电池因其超高的能量密度而成为极具发展前景的电化学储能器件。然而，由于锂空气电池容量衰减严重，速率性能较差，实现锂空气电池的实际应用仍然具有一定的挑战性，电解质是电池衰竭的主要原因。在这篇综述中，作者关注的是可充电锂空气电池电解质的机遇和挑战。

北京理工大学陈人杰团队对所开发的电解质的反应机理、内部组成、不稳定性因素、选择标准、设计思路等进行了详细的总结，来寻求满足电池要求的制备电解质的合理方法。尤其是离子液体和固态电解质在控制高能量密度和安全性方面表现出了一定潜力。作者希望本综述能对锂空气电池电解质的选择提供指导，并促进电解质优化的进一步研究。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201903459

氧空位(OV)是过渡金属氧化物(TM)的固有缺陷，其存在对氧化物的物理化学性质有重要影响。金属氧化物广泛应用于锂离子电池(LIB)阴极中，对氧空位在锂离子电池阴极中的作用还缺乏深入的认识。

蔚山国家科学技术研究院（UNIST）的Jaephil Cho团队报告了单晶锂离子电池正极材料中氧空位在非平衡充放电状态下的行为。作者发现单晶中的微裂纹演化是因为OVs和TM‐离子连续迁移导致氧空位在特定晶向上聚集。此外，了解OVs在金属氧化物中存在和扩散的影响，有助于阐明LIBs中大多数容量衰减的机制，并为新的电化学应用提供新的见解。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904469

中科院过程所王丹团队通过连续模板法（STA）合成了具有规整结构的中空多壳结构（HoMS）的TiO 2-x，可以充当硫载体材料。基于三层壳状TiO2−x HoMSs的硫阴极的比容量为903mAh g−1，在0.5 C时容量保持率为79%，库仑效率在循环1000次以上达到97.5%。作者将优异的电化学性能归功于完整的三层外壳结构，结合了物理化学吸附、电荷传递路径短和机械强度好的特点，具有更好的空间约束和综合导电性。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201903295