頂刊動態 | Adv. Energy Mater. 9月材料前沿科研成果十大精選

能源小將 7年前 (2016-10-06) 8102瀏覽

學術頂級期刊Advanced Energy Materials 2016年9月材料前沿精選科研成果十大精選新鮮出爐：東北師范大學&中科院長春應化所: 石墨相碳氮化物納米片大幅度提高光催化活性；國家納米科學中心: 鋰硫電池——共價有機框架高效化學吸附多硫化物；北京理工大學&美國阿貢國家實驗室: 鋰空電池正極材料——鉑包覆中空石墨烯納米籠; 北京師范大學&西安交通大學: 結合富勒烯和非富勒烯的受體來協同提高光伏性能的三元共混聚合物太陽能電池；南方科技大學&布朗大學: 異質結耗盡型粗粒度B-γ-CsSnI3無鉛鈣鈦礦薄膜太陽能電池；蘇州大學: 應用于有機鈣鈦礦太陽能電池受體和陰極緩沖層材料的富勒烯衍生物；清華大學&暨南大學：水合中間體助力熱穩定性鈣鈦礦太陽能電池；中科院北京納米能源與系統研究所&北京科技大學：超薄納米發電機收集機械能同時感應瞬發力；中國地質大學&香港中文大學：高能量鋰離子液流電容器；北京工業大學：鈣鈦礦固態溶液用于可見光解水制氫。下面就讓我們一起走進曼妙的材料前沿成果吧。

1. 東北師范大學&中科院長春應化所: 石墨相碳氮化物納米片大幅度提高光催化活性

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圖1. 制備泡沫狀多孔超薄納米片的自上而下過程示意圖

東北師范大學的邢艷和中科院長春應化所的宋術巖（共同通訊）等通過在空氣中長時間加熱塊狀g-C₃N₄制備了宏觀泡沫狀多孔超薄的g-C₃N₄納米片（CNHS），CNHS在產氫和光催化降解污染物中表現出卓越的性能。這項工作為研究納米結構以實現高的催化活性提供了新思路。

文獻鏈接：Macroscopic Foam-Like Holey Ultrathin g-C3N4 Nanosheets for Drastic Improvement of Visible-Light Photocatalytic Activity（Adv. Energy Mater. , 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601273）

2. 國家納米科學中心: 鋰硫電池——共價有機框架高效化學吸附多硫化物

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圖2. COF的制備和N、B摻雜COFs化學結構的示意圖

很多人致力于減小鋰硫電池的穿梭效應以提高循環穩定性。最近，國家納米科學中心唐智勇教授和李連山教授課題組（共同通訊）采用硼酸酯共價有機框架（COF）增強對多硫化鋰的吸附，孔隙中正極化B和負極化O可同時有效吸附和Li⁺。這項工作為新型多孔主體材料的設計和制備開辟新途徑。

文獻鏈接：Efficient Polysulfide Chemisorption in Covalent Organic Frameworks for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601250 )

3. 北京理工大學&美國阿貢國家實驗室: 鋰空電池正極材料——鉑包覆中空石墨烯納米籠

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圖3. Pt包覆中空石墨烯納米籠示意圖

質子惰性系鋰空氣電池一個很大的問題是高充電過電位。為克服這一問題，北京理工大學陳人杰教授和美國阿貢國家實驗室Jun Lu博士等（共同通訊）制備出超細Pt包覆中空石墨烯籠。該正極材料的充電電位在100 mA/g下能低至3.2 V，甚至在500 mA/g下保持低于3.5 V。這種新型正極結構是鋰空氣電池有希望的候選。

文獻鏈接：Platinum-Coated Hollow Graphene Nanocages as Cathode Used in Lithium-Oxygen Batteries ( Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602246 )

4. 北京師范大學&西安交通大學: 結合富勒烯和非富勒烯的受體來協同提高光伏性能的三元共混聚合物太陽能電池

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圖4. 器件的結構圖

北京師范大學的徐新軍、薄志山和西安交通大學的馬偉（共同通訊）課題組首次采用包含富勒烯衍生物和非富勒烯小分子的聚合物作為受體制備出了三元共混聚合物太陽能電池。當PPBDTBT:ITIC:PC71BM為1:1.2:0.8時，該器件的V_oc達到0.898V，J_sc達到16.82 mA cm^-2，FF 達到0.6826，并獲得最高為10.4%的光電轉換效率（比二元參考器件增強了約35％）。該項研究為快速增強三元共混聚合物太陽能電池的性能方面提供一個有希望的途徑。

原文鏈接：Ternary-Blend Polymer Solar Cells Combining Fullerene and Nonfullerene Acceptors to Synergistically Boost the Photovoltaic Performance (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603588)

5. 南方科技大學&布朗大學: 異質結耗盡型粗粒度B-γ-CsSnI3無鉛鈣鈦礦薄膜太陽能電池

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圖5. B-γ-CsSnI3薄膜的一步法制備及晶粒粗化示意圖

南方科技大學的孫小衛、布朗大學工程學院的Yuanyuan Zhou 及Nitin P. Padture（共同通訊）等通過旋涂和晶粒粗化的調節并采用最佳的PSC架構制備了一種異質結耗盡型的粗粒度B-γ-CsSnI₃無鉛鈣鈦礦薄膜太陽能電池。相比于之前同類型鈣鈦礦電池，這種平面器件擁有更加優異的電化學性能。該器件的V_oc達到0.52V，J_sc達到10.21 mA cm^-2，FF 達到0.625，并獲得了3.31％的光電轉換效率，同時具有更好的熱穩定性。這項研究為未來制備高性能的無鉛鈣鈦礦電池提供了重要指導。

原文鏈接：Heterojunction-Depleted Lead-Free Perovskite Solar Cells with Coarse-Grained B-γ-CsSnI3 Thin Films (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601130)

6. 蘇州大學: 應用于有機鈣鈦礦太陽能電池受體和陰極緩沖層材料的富勒烯衍生物

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圖6. 陰極緩沖層的器件結構

蘇州大學的李耀文和李永舫（共同通訊）課題組提供最近關于富勒烯衍生物作為受體和陰極緩沖層材料的有機鈣鈦礦型太陽能電池的全面概述。富勒烯衍生物有很獨特的物理化學性質，有很強的電子親和能，能夠很好的提高電子遷移率，通過界面修飾調節激子擴散長度，能夠顯著提高器件的光電性能和穩定性。本項研究工作表明富勒烯衍生物在有機太陽能電池和有機-無機雜化鈣鈦礦型太陽能電池領域的巨大適用性。

原文鏈接：Fullerene Derivatives for the Applications as Acceptor and Cathode Buffer Layer Materials for Organic and Perovskite Solar Cells (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601251)

7. 清華大學&暨南大學：水合中間體助力熱穩定性鈣鈦礦太陽能電池

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圖7. 新型鈣鈦礦太陽能電池的制作過程

清華大學王立鐸及暨南大學的范建東等采用水合中間體輔助溶液法制備了高度取向性的鈣鈦礦薄膜（CH₃NH₃PbI_3–xCl_x），相比于傳統的方法擁有接近于單晶的晶向。由于其高度的結晶質量，膜內幾乎無壓力以及更長的電子壽命，更快的響應時間等，該鈣鈦礦基太陽能電池可以展現優異的轉化效率及改善的熱穩定性。

原文鏈接：Aquointermediate Assisted Highly Orientated Perovskite Thin Films toward Thermally Stable and Efficient Solar Cells（Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601433）

8. 中科院北京納米能源與系統研究所&北京科技大學：超薄納米發電機收集機械能同時感應瞬發力

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圖8. S-TENG的原理圖、實物圖及電鏡圖

北京科技大學的王寧及中國科學院北京納米能源與系統研究所的曹霞、王中林等設計了一種超薄的單電極摩擦納米發電機（S-TENG），不僅可從周圍環境中及人的運動獲得機械能，也能自驅動感應瞬時力。該S-TENG結構簡單，平均輸出電流可達78 μA，可點亮至少70盞LED燈。測試瞬時力的靈敏度可達0.947 μA MPa^-1。該S-TENG有望為未來的可穿戴電子設備提供充足的能量以及作為靈敏的傳感器。

原文鏈接:An Ultrathin Flexible Single-Electrode Triboelectric-Nanogenerator for Mechanical Energy Harvesting and Instantaneous Force Sensing (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601255)

9. 中國地質大學&香港中文大學：高能量鋰離子液流電容器

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