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品味智慧之光

縱使攬勝四方

我自封面大賞

——編者

6月第2期《封面大賞》專欄收錄2021年6月第2周Advanced材料科學類頂刊上發表的關于能源轉化與存儲的封面文章。

無鉛鈣鈦礦光電材料

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優秀論文（6月第2期）

蘇州大學Vincenzo Pecunia教授課題組及合作者報道了一種表征鈣鈦礦光電材料缺陷參數的方法——光致電流瞬態光譜（PICTS）。PICTS可表征太陽能電池內部無鉛鈣鈦礦類材料的缺陷參數，包括缺陷濃度、缺陷能級位置以及俘獲截面。此外，作者們還提出了一種利用測得的缺陷參數定量表達材料對缺陷容忍度的方法。PICTS十分精確，對極低缺陷濃度（< 1 ppb）仍靈敏，適用于多種鈣鈦礦類材料（Cs₃Sb₂I₉、Rb₃Sb₂I₉、BiOI、AgBiI₄）。本工作報道的方法有望為理性設計基于無鉛鈣鈦礦材料的高性能太陽能電池助一臂之力。

封面展示的是在鈣鈦礦晶體表面進行的一場臺球賽。其實這是對PICTS方法原理的比喻。PICTS方法依賴于鈣鈦礦材料中光生載流子（圖示臺球）被缺陷（圖示藍色晶格中的空洞）俘獲的過程來表征缺陷性質，正如將臺球打進球洞的臺球游戲。

鋰離子電池正極材料

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優秀論文（6月第2期）

中山大學吳明娒教授課題組及合作者發表了一種具有[110]晶向的Li₄Ti₅O₁₂超薄納米片及其在鋰離子電池中的應用。該團隊首先利用第一性原理計算表明[110]晶向是Li⁺在Li₄Ti₅O₁₂中的最快速傳輸通道。基于此結論，作者們采用乙二醇為晶面導向劑，利用TiO₂-B前驅體和LiOH鋰源，通過水熱法和后續熱處理方法制備出具有[110]取向結構的Li₄Ti₅O₁₂超薄納米片。得益于該獨特的結構和片狀納米形貌，所合成的材料展現出顯著改善的鋰離子傳輸動力學：100 C電流密度（17500 mA/g）下電極比容量達到146 mAh/g；50 C (8750 mA/g) 大電流下充放電循環1500圈后具有150 mAh/g比容量，比容量保持率88%。恒電流間歇滴定法 (GITT) 測得該材料在放電過程中的Li⁺遷移率為1.33×10^-9 cm² s^-1，高出大部分已報導的鈦酸鋰正極材料的Li⁺遷移率。本工作為研發快充鋰離子電池提供了重要參考。

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優秀論文（6月第2期）

畫面正中是文章主角——具有[110]取向結構的Li₄Ti₅O₁₂超薄納米片晶體結構。黃色的Li⁺正通過[110]孔道，象征了Li⁺在材料中高速遷移。背景中的藍天、綠草、風能發電機、太陽能電池板均指示了清潔能源的大背景。綠色的電池代表新能源存儲裝置，是本研究的直接應用。

非富勒烯有機太陽能電池

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優秀論文（6月第2期）

日本大阪大學（Osaka University）佐伯昭紀教授課題組展示了利用機器學習篩選出高性能非富勒烯有機太陽能電池活性材料。他們利用566個已有實驗數據，構建了一種隨機森林模型（Random Forest Model）并以此篩選了200932種具有共軛結構的有機化合物。作者們不僅僅應用算法確定了具有潛力的有機材料，還實際合成了一部分基于二苯并噻吩和噻唑并噻唑的預測化合物，將其制成太陽能電池并測試以檢驗機器預測的有效性。實驗發現性能最佳的PBDTTzEH:IT-4F預測物的光電轉換效率達到10.10%，與機器預測值吻合較好。本工作展示了機器學習對于太陽能電池活性材料設計的強大輔助作用。

充滿0和1的“大腦”思索出太陽能電池片，逐漸延伸、翻轉，延向遠方——該構圖形象體現了機器學習設計太陽能電池材料的研究主題。畫面左上方和右下方漂浮著兩種非富勒烯有機化合物的分子模型，代表了機器學習的對象。

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