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朱美芳院士/楊建平/陳俊Adv. Sci.：有機/無機雜化纖維：電化學能量應用的可控結構

有機/無機雜化纖維（OIHFs）是一種有趣的材料，其具有固有的高比表面積和柔韌性，以及獨特的各向異性特性、多樣的化學成分和可控的雜化結構。在過去十年中，出現了各種先進的OIHFs，其具有優異的電化學能量應用性能，包括具有互連的網絡、豐富的活性中心和較短的離子擴散長度。

東華大學朱美芳院士、楊建平、澳大利亞臥龍崗大學陳俊等人全面概述了OIHFs的可控結構和電化學能量應用。首先，為促進OIHFs的先進結構設計，需要深入理解基本概念，如組成、界面和合成路線。此外，作者特別強調具有均勻結構、多內部和功能界面的OIHFs的制備方法。這些設計良好的OIHFs將有利于電化學儲能和轉換應用，如電池、超級電容器和電催化劑。

目前，靜電紡絲仍然是制備OIHFs最常用的方法。然而，靜電紡絲存在局限性，特別是在實現有機和無機成分的受控分布方面。未來的研究重點應該是在分子水平上精確控制有機/無機物種的比例和空間位置。

此外，盡管已經開發了許多界面改性方法來賦予OIHFs不同的界面性質，但無機組分與纖維基體之間的界面相互作用通常是弱范德華力或靜電相互作用。應探索新的合成策略，通過強界面相互作用（如共價鍵）將無機物種和有機纖維結合起來。

朱美芳院士/楊建平/陳俊Adv. Sci.：有機/無機雜化纖維：電化學能量應用的可控結構

圖1. OIHFs的代表性結構和時間表

在結構工程方面，通過元素摻雜來調節電子結構為提高OIHFs的本征反應活性開辟了一條新的途徑。具有高比表面積和良好孔隙率的多孔纖維增加了反應物向電催化劑的擴散速率并加速了質量傳輸，這有利于提高儲能和轉換系統中的反應效率。事實上，用于各種電化學能量應用的OIHFs的結構工程是完全不同的。

對于二次電池中的電極材料，在電化學反應過程中，活性材料和纖維基體之間需要合理的空隙空間來調節結構應力，包括體積膨脹和收縮。協調空隙空間和體積能量密度是實現高容量和長循環壽命的關鍵。對于電催化反應，構建高比表面積的電極材料以充分暴露可接近的活性中心將有利于制備最佳催化劑。

此外，高度分散的超小納米晶體和纖維框架的界面組裝是減少副反應和防止活性材料聚集的理想方法。另外對于電化學能源應用，需要大力開發簡便、通用的方法，以廉價且可擴展的方式制備OIHFs。

在這種情況下，構建無添加劑的自支撐電極至關重要，以確保催化劑和載體之間的良好電接觸。探索制備具有高機械和電氣性能的集成混雜纖維電極的新方法是未來研究的一個重要重點。

朱美芳院士/楊建平/陳俊Adv. Sci.：有機/無機雜化纖維：電化學能量應用的可控結構

圖2. 用于鋰硫電池的OIHFs

Organic/Inorganic Hybrid Fibers: Controllable Architectures for Electrochemical Energy Applications. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202102859

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