中國粉體網(wǎng)訊  粉體前沿最新動態(tài)綜述。

Solar RRL：DMSO分子控制法 ——有效提高1cm2平面鈣鈦礦電池效率及穩(wěn)定性

鈣鈦礦晶體具備優(yōu)異的光伏性能，經(jīng)過幾年的發(fā)展，電池的光電轉(zhuǎn)換效率已超過23%。目前，憑借較傳統(tǒng)MAPbI3鈣鈦礦成分更加優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性能，基于Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y鈣鈦礦成分的研究越來越受到關(guān)注。但是，和MAPbI3鈣鈦礦吸收層的制備相比，Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y鈣鈦礦吸收層的現(xiàn)有制備工藝相對固化，通常使用能與DMF和DMSO均互溶的氯苯作為反溶劑，這極大提高了晶體生長的控性難度并且降低了鈣鈦礦薄膜的可重復(fù)性，限制了大面積（1cm2）平面鈣鈦礦電池的發(fā)展。和氯苯相比，乙醚只與DMF互溶，而不與DMSO互溶，這給實(shí)現(xiàn)DMSO分子的可控提供了良好的基礎(chǔ)。因此探索DMSO分子對Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y鈣鈦礦吸收層的影響成為提高大面積低溫平面鈣鈦礦太陽能電池性能的研究重點(diǎn)之一。

最近，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的郝曉靜課題組采用乙醚作為反溶劑，首次詳細(xì)闡述了DMSO分子控制法對Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y鈣鈦礦薄膜的影響，實(shí)驗(yàn)證明其具有改善吸收層形貌、提升吸收層電學(xué)性能、以及降低吸收層缺陷的能力，有效提高1cm2平面鈣鈦礦太陽能電池器件效率并且成功解決困擾低溫平面鈣鈦礦電池的遲滯問題。與此同時，通過降低缺陷數(shù)量，鈣鈦礦電池器件的穩(wěn)定性能也得到明顯提升。最終，1cm2低溫平面鈣鈦礦太陽能電池器件獲得19.4%的光電轉(zhuǎn)化效率，并且在測試50天后，仍能保持其起始效率的90%。該研究工作為開發(fā)簡單、廉價、高效的鈣鈦礦半導(dǎo)體器件吸收層材料開辟了新的設(shè)計(jì)思路。相關(guān)文章發(fā)表在 Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.201800338）上,文章第一作者是郝曉靜課題組的劉旭博士。

直立型結(jié)構(gòu)改善金屬鋰負(fù)極穩(wěn)定性

近日，中科院大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部的李先鋒、張洪章團(tuán)隊(duì)提出一種新穎的直立型鋰金屬負(fù)極結(jié)構(gòu)，并證實(shí)其能夠有效改善鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性及循環(huán)壽命。

金屬鋰負(fù)極因其最低的還原電位及超高的質(zhì)量比容量被譽(yù)為高比能量電池領(lǐng)域的“圣杯”。但由于鋰枝晶生長和電極/電解質(zhì)界面（SEI）穩(wěn)定性差，鋰負(fù)極在二次電池中的應(yīng)用還存在著循環(huán)穩(wěn)定性差和嚴(yán)重的安全隱患等問題。為緩解這些問題，該團(tuán)隊(duì)提出了一種具有直立結(jié)構(gòu)的卷繞式鋰金屬負(fù)極，并通過原位觀測和數(shù)值模擬闡明了卷繞式鋰負(fù)極的離子輸運(yùn)及沉積反應(yīng)的過程和機(jī)理。卷繞式的直立結(jié)構(gòu)使鋰負(fù)極具有豐富的內(nèi)部反應(yīng)界面、空間和原料用于鋰的沉積、儲存和運(yùn)輸，誘導(dǎo)鋰枝晶和SEI的在負(fù)極結(jié)構(gòu)內(nèi)部生長。該工作為提高鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定性及循環(huán)壽命提供了新思路和新策略。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201806752）上。

Small綜述：柔性鋅離子電池的進(jìn)展與挑戰(zhàn)

由于地球上的鋰資源儲量有限，有機(jī)體系電池存在著嚴(yán)重的安全隱患，發(fā)展柔性鋰離子電池面臨著諸多困境。就這一點(diǎn)而言，開發(fā)更安全、廉價的新型柔性儲能體系變得更加具有吸引力。近年來，二次水系鋅離子電池（zinc ion batteries, ZIBs）憑借其高安全性、易組裝、高容量、低成本、環(huán)境友好和鋅資源豐富等優(yōu)勢，在柔性儲能設(shè)備中具有巨大的應(yīng)用前景。日前，來自于中山大學(xué)盧錫洪教授等人以Flexible Zn-Ion Batteries: Recent Progresses and Challenges為題在Small上發(fā)表綜述性文章。

作者總結(jié)了近年來快速發(fā)展且具有良好應(yīng)用前景的水系ZIBs的最新代表性成果（電解液，電極材料，和器件組裝技術(shù)），為柔性ZIBs的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了全面的知識和參考。該綜述首先介紹了ZIBs的發(fā)展歷程，詳盡敘述了ZIBs的儲能機(jī)理，重點(diǎn)討論了鋅負(fù)極存在的問題以及現(xiàn)有的解決策略，特別總結(jié)了ZIBs正極材料的儲鋅機(jī)理的分類和最新成果。接著，該綜述進(jìn)一步地總結(jié)了柔性ZIBs的設(shè)計(jì)與組裝，包括柔性正負(fù)極的設(shè)計(jì)、凝膠電解液和電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。隨后，作者總結(jié)了柔性錳基、釩基、普魯士藍(lán)基和其他柔性ZIBs的最新研究進(jìn)展，并對不同種類的正極材料的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。最后，作者從柔性鋅離子的電解液、電極材料、電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面展望了ZIBs的未來發(fā)展方向與研究重點(diǎn)，并且對柔性ZIBs的商業(yè)化等問題進(jìn)行了探討和展望。相關(guān)綜述文章在線發(fā)表于Small (DOI: 10.1002/smll.201804760)上。

NiCo2S4@ACF異質(zhì)電極材料的綠色制備及其超級電容性能研究

傳統(tǒng)的NiCo2S4硫化過程需要高溫加熱, 耗能較大, 并且單純的硫化物導(dǎo)電性差。趙世懷等通過綠色環(huán)保的室溫硫化法成功制備出以活性炭纖維(ACF)為核, NiCo2S4為殼的復(fù)合異質(zhì)結(jié)電極材料(NiCo2S4@ACF)。NiCo2S4@ACF復(fù)合電極材料的層狀結(jié)構(gòu), 有效增大了與電解液的接觸面積, 改善了電子的傳輸路徑, 使其具有更優(yōu)良的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1 A/g時, 其比電容值高達(dá)1541.6 F/g (678 μF/cm2)。另外, NiCo2S4@ACF和ACF分別作正負(fù)極組裝成的非對稱超級電容器(Asymmetric Supercapacitors, ASC)展現(xiàn)了良好的電化學(xué)性能: 能量密度高, 當(dāng)功率密度為800 W/kg時, 能量密度高達(dá)49.38 Wh/kg; 循環(huán)性能穩(wěn)定, 循環(huán)充放電2000圈后比電容仍能保持90.27%。研究表明, NiCo2S4@ACF復(fù)合電極材料是一種應(yīng)用前景廣闊的超級電容器電極材料。

NiCo2S4@ACF復(fù)合電極材料的制備流程圖

深圳先進(jìn)院在多鐵材料納米力學(xué)性能表征領(lǐng)域取得進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院納米調(diào)控與生物力學(xué)研究室在多鐵材料納米力學(xué)性能表征領(lǐng)域取得新進(jìn)展，提出了一種能夠同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學(xué)性能的技術(shù)。相關(guān)成果以Nanomechanics of multiferroic composite nanofibers via local excitation piezoresponse force microscopy（《通過局部激勵壓電力顯微技術(shù)表征多鐵納米復(fù)合纖維納米力學(xué)性能》）為題發(fā)表在Journal of the Mechanics and Physics of Solids（《固體力學(xué)與物理學(xué)報》）上。論文第一作者是深圳先進(jìn)院客座博士研究生朱慶豐。

研究團(tuán)隊(duì)提出的局部激勵壓電力顯微技術(shù)很好地彌補(bǔ)了這一空白。該技術(shù)將經(jīng)典的力學(xué)理論有機(jī)結(jié)合起來，在傳統(tǒng)的壓電力顯微技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，實(shí)現(xiàn)了同時表征多鐵納米材料納米尺度壓電性能和力學(xué)性能。為了證實(shí)該技術(shù)的有效性，團(tuán)隊(duì)以不同組分的多鐵納米復(fù)合纖維為例，利用該技術(shù)不僅表征了纖維局部的壓電性，而且實(shí)現(xiàn)了對纖維納米尺度楊氏模量的單點(diǎn)測量以及成像。利用這一局部激勵技術(shù)得到的測量結(jié)果與傳統(tǒng)的納米壓痕法，全局激勵技術(shù)以及理論預(yù)測的結(jié)果很好地符合，證實(shí)了該技術(shù)的有效性及可靠性。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)具有實(shí)驗(yàn)裝置簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的局域微納尺度測量，且能無損地實(shí)現(xiàn)對材料楊氏模量和壓電性能的高速、高分辨率成像等優(yōu)點(diǎn)，這為多鐵材料納米尺度力學(xué)性能的表征提供了新思路，具有很好的應(yīng)用前景。

丹麥科學(xué)家成功在石墨烯上“雕刻”納米級小孔，將其導(dǎo)電能力再提高1000倍

丹麥研究人員最近剛解決了以石墨烯為基礎(chǔ)制造有效納米電子器件的最大挑戰(zhàn)之一：在不破壞石墨烯電氣性能的情況下，在上面“雕刻”納米級小孔。這樣可以讓石墨烯獲得比以前這類結(jié)構(gòu)所達(dá)到的數(shù)量級更高的電流。這一成果表明，未來電子學(xué)所需的量子傳輸特性在縮小到10納米尺寸的情況下繼續(xù)存在。

比亞克•耶森(Bjarke Jessen)和琳恩(Lene  Gammelgaard)是丹麥技術(shù)大學(xué)物理系的博士后，他們首先將石墨烯封裝在另一種非導(dǎo)電二維材料六方氮化硼(hexagonal boron  nitride)中。通常用六方氮化硼來保護(hù)石墨烯的性能。接下來，他們使用電子束刻蝕這一技術(shù)，在氮化硼和石墨烯的保護(hù)層下面小心制備出一排致密的超小孔。這些孔的直徑約為20納米，兩孔間隔僅12納米。即使這樣，孔邊緣的粗糙度也小于1納米，也就是十億分之一米。在這樣小的石墨烯結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)在電流流量比之前報道過的大1000倍，也就是說其導(dǎo)電能力提高了1000倍。

Science：裝個“拉鏈”，非金屬表面也能合成納米石墨烯

近期，波蘭雅蓋隆大學(xué)的M. Kolmer、德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)的K. Amsharov等研究者找到了一個非常巧妙的辦法，在半導(dǎo)體金紅石二氧化鈦（011）表面上通過氟代芳烴前驅(qū)體的程序化“多米諾”式偶聯(lián)反應(yīng)直接合成納米石墨烯（圖1D）。他們形象地將此稱為一個程序化“拉拉鏈”的過程——柔性氟代芳烴前驅(qū)體中預(yù)先設(shè)計(jì)好位置的C-F鍵，就像是“拉鏈”的“鏈齒”，程序化地控制區(qū)域選擇性環(huán)化反應(yīng)的發(fā)生，將前驅(qū)體中的線性低聚亞苯基鏈“盤繞”在苯基周圍，合成納米石墨烯（圖2）。這種程序化“納米拉鏈”的效率很高，很有希望用于在絕緣及半導(dǎo)體材料表面直接合成納米石墨烯和石墨烯納米帶。相關(guān)論文發(fā)表在Science 雜志上。

圖1. （A）首例報道的NG-HBC；（B）Au(111)表面合成GNR；（C）在金屬氧化物表面試圖進(jìn)行的環(huán)化脫氫；（D）本文工作首次在非金屬表面合成NG。

圖片來源：Science

圖2. “納米拉鏈”合成納米石墨烯。

圖片來源：Lauren Robinson / Nat. Rev. Mater.

資料來源：Materials Views、中國科學(xué)院、中國科技網(wǎng)、無機(jī)材料學(xué)報等

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）