精选AEM/AFM/AM等8篇丨近期能源储存与转化顶刊大盘点

1、AEM：醚类电解液下Sb2O3/rGO复合材料的储钾行为

暨南大学麦文杰研究员团队日前通过溶剂热反应制备了一种Sb2O3锚定的rGO纳米片(下称Sb2O3/rGO)，并报道了其良好的储钾性能，成果发表于Advanced Energy Materials。当Sb2O3/rGO复合材料用在高浓度醚类电解液中，表现出良好的储钾性能。循环稳定性测试显示，在0.1 A/g的电流密度下，Sb2O3/rGO循环100圈后的比容量为309 mAh/g；长循环测试表明，0.5 A/g的电流密度下循环3300圈（测试111天）后，比容量未见明显衰减，相比于其他金属氧化物钾离子电池负极有明显改善；通过CV曲线分析其储能机理，结果表明在醚类电解液中，其储钾机制倾向于表面主导的赝电容，1 mV/s扫速下的占比为65 %。随后该课题组采用DFT理论计算揭示储钾性能提升的本质，结果显示，在醚类电解液中的离子迁移能垒较低，这对提升钾离子电池的性能是有益的。

文献信息：Jinliang Li, Ning Zhuang, Junpeng Xie, and et al. K-Ion Storage Enhancement in Sb2O3/Reduced Graphene Oxide Using Ether-Based Electrolyte, Adv. Energy Mater. 2019, 1903455, DOI: 10.1002/aenm.201903455.

2、AEM：FeSe2/N-C负极材料用于钾离子电容器

湖南大学鲁宾安教授团队制备了一种氮掺杂碳包覆的FeSe2团簇（FeSe2/N-C），并报道了其在钾离子半电池和钾离子全电容的优异性能，该成果发表于Advanced Energy Materials。基于0.5-3.0 V的电压区间和双三氟甲烷磺酰亚胺钾基电解液的条件，FeSe2/N-C在0.1 A/g的电流密度下循环100圈后的比容量为295 mAh/g， 2 A/g的电流密度下循环2000圈后的倍率比容量为158 mAh/g。采用原位XRD和非原位TEM测试该负极材料在储钾过程中的相转变，结果表明FeSe2在首次循环后转变为Fe3Se4。在随后的循环过程是基于Fe3Se4的储钾反应，能够发生可逆的转化反应。

文献信息：Junmin Ge, Bin Wang, Jue Wang, and et al. Nature of FeSe2/N-C Anode for High Performance Potassium Ion Hybrid Capacitor. Adv. Energy Mater. 2019, 1903277, DOI: 10.1002/aenm.201903277.

3、AEM：纳米结构的主族元素材料用于CO2还原制甲酸

纳米结构主族元素（Sn、Sb、Bi、In和Pb）材料在选择性还原CO2制备甲酸中具有广阔的应用前景。苏州大学李彦光教授团队近期在Advanced Energy Materials上发表综述性文章，从电还原CO2的若干问题出发，包括还原产物的可视化监测的基础等问题、还原的机理和路径化学反应以及最终的性能对比，作者对Sn、Sb、Bi、In和Pb基纳米材料在CO2电化学还原中的应用前景做了总结和展望，文中强调了材料设计对促进反应活性、选择性和稳定性的重要途径。

文献信息：Na Han, Pan Ding, Le He, and et al. Promises of Main Group Metal-Based Nanostructured Materials for Electrochemical CO2 Reduction to Formate. Adv. Energy Mater. 2019, 1902338, DOI: 10.1002/aenm.201902338.

4、AFM：氧掺杂CoP用于高效水分解

开发一种用于水分解的双功能催化剂对未来氢化学的发展起到十分关键的作用，其中掺杂异原子来调节催化材料的电子结构是一种有效途径。基于此，南京师范大学唐亚文教授团队开发了一种氧掺杂的磷化钴催化剂（O-CoP）并测试其用于HER和OER的双功能催化剂的性能，该研究发表于Advanced Functional Materials。理论研究表明，CoP中掺杂入一定比例的氧可以有效调节CoP的电子结构，不仅有助于热力学稳定态的实现，而且改变了催化过程中产物的吸附自由能，以上理论分析结果应证了其具有良好催化活性。HER和OER催化性能测试表明，O-CoP在碱性条件、10 mA/cm2的电流密度下的过电位分别是98 和310 mV。当组成一种全水解催化剂时，10 mA/cm2的电流密度下器件需要1.6 V的电压。

文献信息：Guangyao Zhou, Meng Li, Yanle Li, and et al. Regulating the Electronic Structure of CoP Nanosheets by O Incorporation for High-Efficiency Electrochemical Overall Water Splitting. Adv. Funct. Mater. 2019, 1905252, DOI: 10.1002/adfm.201905252.

5、Nano Energy：Fe7Se8基纳米材料的表面应力缓冲层的构筑与储纳性能

在钠离子电池中，负极材料常常因为钠离子嵌入/脱出过程中产生的应力而粉化，从而影响其储纳性能。构建有效的应力缓解层尤为关键，基于此，新加坡科技与设计大学Huiying Yang教授团队在Fe7Se8@C纳米盒表面包覆了一层MoSe2纳米片，用于高性能储纳负极(Fe7Se8@C@ MoSe2)材料。性能测试结果显示，其在0.1 A/g的电流密度下具有473.3 mAh/g的高比容量，在5 A/g的电流密度下仍保持275.5 mAh/g优异倍率特性。1 A/g的电流密度下循环600圈后比容量保持率为87.1%。作者采用有限元分析模拟出MoSe2纳米片包覆层有助于缓解Fe7Se8@C壳层在钠离子嵌入/脱出时的体积变化。随后作者采用制备的Fe7Se8@C@ MoSe2为负极、NVP/C为正极匹配了钠离子全电池，性能依旧优越。

文献信息：Song Chen, Shaozhuan Huang, Yuan-Fang Zhang, and et al. Constructing Stress-Release Layer>7Se8-Based Composite for Highly Stable Sodium-Storage. Nano Energy, DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104389.

6、AM：VN-TiN异质结用于锂硫全电池

锂硫电池具有高能量密度，因此被看成是下一代储能器件的最佳选择之一，然而多硫化物的穿梭效应、反应动力学特性不佳、以及锂枝晶的产生限制了其进一步发展。中国科学技术大学余雁教授与同济大学罗巍教授开展联合研究，利用静电纺丝法制备了VN-TiN@CNFs异质结。当用于硫载体时，VN-TiN@CNFs有助于和硫之间形成良好的物理吸附、化学键合，并可促进多硫化锂的催化转化；在充当锂金属载体时，VN-TiN@CNFs为锂金属均匀沉积提供了活性位点。基于VN-TiN@CNFs的全电池（S/TiN-VN@CNFs || Li/TiN-VN@CNFs）性能测试表明，在0.2 C倍率下循环100圈后的比容量为1110 mAh/g，并可在2 C的高倍率下循环600圈。当硫负载量高达5.6 mg/cm2时，0.1 C的倍率下全电池的体积比容量可达5.5 mAh/cm2。

文献信息：Yu Yao, Haiyun Wang, Hai Yang, and et al. A Dual-Functional Conductive Framework Embedded with TiN-VN Heterostructures for Highly Effcient Polysulfde and Lithium Regulation toward Stable Li-S Full Batteries. Adv. Mater. 2019, 1905658, DOI: 10.1002/adma.201905658.

7、Nano Energy：拓扑氮化法制备MoO2-Mo2N二元纳米带用于Li-S电池

Li-S电池（LSBs）具有能量密度高、成本低等优点，但多硫化锂的穿梭效应和无序的Li2S沉积导致循环过程中容量衰减严重，因此需要设计和优化从硫（S8）到硫化锂（Li2S）的转化路线，以提高Li-S电池的可逆性。

最近，清华大学深圳国际研究生院赵世玺课题组与华盛顿大学的曹国忠课题组在Nano Energy上发表文章，阐述了一种拓扑形态Mo基锂硫电池正极材料（MoO2-Mo2N）的制备与性能。所制备的二元纳米带协同MoO2的极性和Mo2N的导电性，从而加速了从S8到LiPSs再到Li2S的反应过程。通过这种设计，涂在隔膜上的纳米带夹层也可以作为LiPSs穿梭的物理屏障。采用密度泛函理论，该作者阐明了MoO2和Mo2N对LiPSs的化学锚定作用，结果显示，在MoO2和Mo2N表面，LiPSs中的末端硫原子倾向于与Mo原子结合，而LiPSs中Li原子的有利结合位点是两个氧原子或两个氮原子之间的桥位。通过计算，Li2S4在MoO2和Mo2N表面的结合能分别为-4.65 eV和-2.97 eV，说明MoO2对LiPSs具有更高的锚定能力。

文献信息：In-Situ Topochemical Nitridation Derivative MoO2-Mo2N Binary Nanobelts as Multifunctional Interlayer for Fast kinetic Li Sulfur Batteries, Nano Energy. 2019, DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104356.

8、EES：高度可逆的锌锰液流电池体系

Zn-Mn电池由于其低成本和环境友好特性吸引了广泛关注。但是，正极材料往往伴有一定的相变和较大体积变化，这给高性能Zn-Mn电池的发展带来瓶颈。中科院大连化物所李先锋研究院在能源-环境材料顶级期刊Energy & Environmental Science上发表文章，通过在MnO2构建固液界面（使用醋酸锰，Mn(Ac)2），实现了Zn-Mn电池稳定、可逆的两电子电化学反应。得益于醋酸根Ac的强络合效应，Mn离子可直接在电极上沉积而形成MnO2，这与其他锰盐（如硫酸锰或氯化锰）是不同的。并且“溶解-沉积”的反应机制有效缓解了电极材料的体积效应，有望提升循环稳定性。性能测试结果表明，锌锰液流电池在40 mA/cm2下循环400圈后的效率依然高达99 %，且容量未见明显衰减。相比于其他储能体系，李教授提出的锌锰液流电池体系有望因低成本等优势在众多储能设备中占据一席之地。

文献信息：Congxin Xie, Tianyu Li, Congzhi Deng, and et al. A highly reversible Neutral Zinc/Manganese Battery for Stationary Energy Storage. Energy Environ. Sci., 2020, DOI: 10.1039/C9EE03702K.