【Wiley进展集锦】钠电，单原子催化剂/二维电催化剂研究进展，析氧反应，锌空电池新型电解质添加剂

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具有扩展层间距的杂原子掺杂碳材料作为钠离子电池(SIBs)的正极材料已得到广泛的研究。然而，如何进一步扩大层间间距，揭示杂原子掺杂对碳纳米结构的影响，以开发更高效的SIB正极材料，还有待进一步探索。

近日，阿德莱德大学乔世璋课题组成功制备了一系列富含氮元素，层数较少且层间距可调（0.45-0.51nm）的石墨烯（N‐FLG），制备方法是在不同高温（T = 700、800和900℃）下以锌为催化剂退火石墨化氮化碳。更重要的是，文章发现杂原子氮与合成材料的层间距也表现出了一定的相关性— 吡咯烷酮N对石墨烯层间间距增大的影响，这是因为它具有更强的静电斥力。其中N‐FLG‐800在层间距、氮掺杂和导电性方面达到了最佳性能。当N‐FLG‐800被用作SIBs的正极材料时，显示出卓越的钠离子存储性能，具有超高的速率能力(40 A g−1时为56.6 mAh g−1)和优异的长期稳定性(2000圈循环后0.5 A g−1时为211.3 mAh g−1)。

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

二维纳米材料以其独特的结构特点和优异的物理化学性能，在能量转换方面具有广阔的应用前景。开发有效的方法合成结构和形貌可控的二维纳米结构材料是至关重要的。限域生长这一新兴的概念被认为是设计和合成新型二维纳米结构材料的一个有前途的策略。

南洋理工大学张华和北京化工大学的卫敏与邵明飞课题组共同总结了近年来以层状材料为基体 (又称“纳米反应器”)限域合成二维纳米结构材料的研究进展。利用这些层状基体的空间约束和表面约束效应，成功合成了多种结构良好的二维纳米材料，包括二维金属、二维金属化合物、二维碳材料、二维聚合物、二维金属有机骨架(MOFs)和共价有机骨架(COFs)以及二维碳氮化物。文章介绍和讨论了这些二维材料在电催化中的广泛应用(如电化学氧/氢演化反应、小分子氧化和氧还原反应)。最后，从设计新材料和探索实际应用的角度，评述了二维约束合成的挑战和前景，这将推动这个快速发展的领域在基础研究和最终工业化方面取得更大的成功。

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

碳材料丰富的表面化学信息和边缘结构引起了人们对催化的极大兴趣。对于析氧反应(OER)，由于各种共存的边缘构型的复杂性以及碳腐蚀与碳催化之间的争议，碳材料的边缘效应很少得到详细的研究。

在本篇工作中，以结构-功能关系为重点，以指定构型(Z字型和扶手椅型)的多环芳烃(PAHs)为模型分子，研究了在OER中常见的碳活性边缘位点的确切作用。多环芳烃的Z形构型被确定为OER的活性位点，同时在一定电位下也表现出显著的稳定性。此催化剂的的TOF值为0.276 s^-1 / 0.1 M KOH。

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

单原子以其最大的原子利用率、高效率和良好的选择性，在能量转换和存储领域受到广泛关注。此外，它们独特的电子结构可以提高活性位点的内在活性。然而，单原子表面高自由能不可避免地导致其严重聚集，导致催化活性下降，循环寿命较差。为了解决这些问题，需要开发高表面积的载体来降低单个原子的加载密度，进一步降低表面自由能。此外，设计这些载体的活性位点还可以调节单原子的化学配位，提高它们的催化性能。石墨烯具有表面积大、导电性好、表面性能可调等优点，被广泛应用于原子金属催化剂的负载。

南开大学的陈军和牛志强课题组首先概括了石墨烯负载单原子催化剂的制备策略和表征方法。接着，详细讨论了单原子催化剂在氧还原反应、析氧反应、析氢反应、二氧化碳还原、甲烷氧化等方面的电化学应用。最后，对单原子催化剂的制备和应用前景进行了展望。

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

水性锌离子电池因其经济可行性和潜在的高能量密度而受到广泛关注。然而，由于枝晶形成和自腐蚀等原因，传统电解液中锌阳极的充电能力较差，阻碍了其实际应用。

京都大学的徐强课题组提出了一种由无机锌盐和水组成的锌熔融水合物作为电解质添加剂，成功解决了上述问题。在该电解质中，实现了无枝晶的Zn沉积/溶解反应，库仑效率高达≈99%，且长期稳定，无CO2中毒。所得到的锌空气电池在30℃下循环100圈之后仍保有1000 的容量。

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