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2021年1月第一周，Wiley旗下最重要的三本材料科學期刊——Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials上都發(fā)表了哪些有關能源轉化與存儲的封面文章呢？小編給大家?guī)硭賵蟆Ｎ暮蠖S碼為原文鏈接。

電化學能源存儲材料

五氧化二鈮（Nb₂O₅）贗電容行為探究

美國南卡羅萊納大學（University of South Carolina）Morgan Stefik教授課題組探究了正交晶相Nb₂O₅（T-Nb₂O₅）電極材料的嵌入式贗電容與自身結構的構效關系。T-Nb₂O₅是第一種被報道具有嵌入式贗電容（intercalation pseudocapacitance）行為的電極材料。作者們采用嵌段共聚物，通過恒定膠束模板法（persistent micelle template，PMT）制備了數種T-Nb₂O₅多孔膜電極。得益于PMT造孔方法的特點，作者們得以控制孔徑恒定而僅改變孔壁厚度，從而分離了孔徑大小與孔壁厚度對離子傳輸的影響。循環(huán)伏安法測試T-Nb₂O₅電極的電化學響應行發(fā)現，鋰離子在T-Nb₂O₅中固相擴散是電極贗電容儲能過程的速控步，極大地決定電極的倍率性能。離子擴散速率與孔壁厚度的平方根線性相關。

封面中不同色塊的規(guī)則多孔網絡為本工作所合成的T-Nb₂O₅多孔電極形貌示意圖。曲線條為不同電極的循環(huán)伏安曲線數據，是本文探究嵌入式贗電容行為的核心表征方法。

鋅離子電池負極綜述

天津大學梁驥教授、侯峰副教授，天津師范大學王立群博士及其同事綜述了穩(wěn)定鋅離子電池中鋅金屬負極的策略。鋅枝晶形成以及負極表面析氫反應導致電池庫倫效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差，因而有許多研究應對了這兩個不利因素。本綜述不僅討論了鋅枝晶形成及析氫反應的原理，而且詳細綜述了近年來報道的抑制鋅枝晶形成和析氫反應的策略。具體地，抑制鋅枝晶形成可調控鋅負極晶體結構、控制鋅沉積行為、調控鋅離子遷移行為；減弱析氫反應可調控電解液成分及修飾鋅負極表面。

封面正中間為鋅原子結構，可看到位于中心的原子核及圍繞其外的電子。畫面左上方隱約有一只控制手，可能代表調控鋅負極的電化學行為。畫面下方金屬小球鋪展為鋅負極表面，其上方向上或向下移動的小球代表金屬鋅的沉積與氧化的微觀過程，象征鋅負極工作過程。封面緊扣綜述主題。

固態(tài)鋰金屬電池（一）

美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology）Jennifer L. M. Rupp教授課題組綜述了兩類廣泛用于研發(fā)固態(tài)鋰金屬電池的固態(tài)電解質——氧化物和硫化物固態(tài)電解質。文章第一部分回顧了從傳統(tǒng)液態(tài)電解液鋰離子電池向新型固態(tài)電解質鋰金屬電池的轉變歷程。第二部分從能量密度、功率密度、穩(wěn)定性、制備方法和安全性五個指標詳細綜述了氧化物和硫化物固態(tài)電解質的最新研究進展。第三部分評述了不同固態(tài)電解質與電極材料的最優(yōu)搭配策略及相應挑戰(zhàn)。最后指明了應對挑戰(zhàn)的方法（如界面修飾）與發(fā)展前景。

封面來自綜述圖7，展示了固態(tài)鋰金屬電池結構示意圖。其中暗黃色部分為固態(tài)電解質，黑球為正極顆粒，紅色為鋰金屬負極。圓形放大圖中的粉紅色部分為兩相界面。這些界面正是制約固態(tài)鋰金屬電池性能的重要元素。

固態(tài)鋰金屬電池（二）

英國牛津大學Patrick S. Grant教授、英國倫敦國王學院（King’s College London）Chun Huang博士及其同事報道了一種具有規(guī)整排列孔道的固態(tài)鋰金屬電池正極材料。研究者們利用定向凝固（directional freezing）技術將LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）電極顆粒定向排列為平行條紋狀，并利用紫外線照射將固態(tài)電解質原位填充于NMC811條紋間隙。由于規(guī)整的顆粒排列，鋰離子在正極中的傳導速率達到1.4×10^-7 cm²/s，高出無規(guī)結構近100倍。0.05 C和1 C電流密度下，鋰金屬全電池電容量分別為199 mAh/g（16.7 mAh/cm²）和120 mAh/g（10.1 mAh/cm²），顯示出優(yōu)異的倍率性能。

封面圖清晰地表現出通過定向凝固法制備的平行條狀電極為鋰離子快速遷移提供通道，是全文的最大亮點。紅色小球為NCM811正極顆粒。

鈣鈦礦材料

藍光發(fā)光二極管

南方科技大學王愷教授、陳銳教授課題組聯(lián)合香港大學Wallace C. H. Choy教授課題組展示了一種提升準二維鈣鈦礦材料層間能量傳遞，從而提高材料發(fā)光效率的方法。具體地，作者們將對氨基乙基苯甲酸（ABA）分子連接到Cs₄PbBr₆二維晶體表面。由于ABA分子氨基一端能與Pb-Br晶格形成氫鍵，而另一端羧基與Pb²⁺配合，使得準二維鈣鈦礦材料層間能量傳遞更為高效。同時，ABA分子部分還原了Pb²⁺，提高了材料發(fā)光效率。將引入ABA的準二維鈣鈦礦晶體制成藍光二極管器件后，實測其外量子效率（發(fā)光效率指標之一，指接收到的電子數與入射光子數的比值）達10.11%，穩(wěn)定工作時間為81.3 min。性能居報道的藍光二極管前列。

封面顯示兩塊鈣鈦礦晶體通過ABA分子相連，并與外電路連接。通電后鈣鈦礦材料發(fā)出耀眼藍光，對應了引入ABA分子提升器件發(fā)藍光效率的亮點。

室內采光產電

蘇州大學Vincenzo Pecunia教授、英國帝國理工學院（Imperial College London）Robert L. Z. Hoye博士及其同事展示了兩種不含鉛元素的鈣鈦礦材料——BiOI和Cs₃Sb₂Cl_xI_9-x。作者們發(fā)現，這兩種鈣鈦礦材料雖然在1太陽光強照射下光電轉換效率僅~1%，但在室內光照條件下效率提升至4-5%。用這些材料制成的厘米級光電器件可為薄膜半導體供電。此外，通過測量兩種鈣鈦礦材料在不同光照強度照射下的光損失，作者們認為光轉換效率仍有較大提升空間。

封面主體左右兩側分別是BiOI和Cs₃Sb₂Cl_xI_9-x的晶體結構示意圖。二者被從上方的室內光源照射后為下方智能房屋提供電能。背景表現房屋內部，呼應了材料的應用環(huán)境。

熱電材料

臺灣交通大學Hsin-Jay Wu教授、阿卜杜拉國王科技大學（King Abdullah University of Science and Technology）Pai-Chun Wei博士及其同事報道了一類新型熱電材料。作者們詳細探究了將GeTe與Sb₂Te₃合金化后引發(fā)的相變，并測試了各相在300 K至723 K溫度范圍下的zT值（衡量材料將熱能轉化為電能的效率指標）。實測最佳組分為(GeTe)_0.95(Sb₂Te₃)_0.05，平均zT值最高達1.2。合金化過程中涉及自發(fā)的成分波動（composition fluctuation）過程。

封面主體表現了熱電轉化器件的基本構造——上端冷源，下端熱源，中間為熱電材料。熱電材料利用溫差對外產生電流。熱電材料中的黃綠色塊為Sb元素高含量分布區(qū)，反映了合金中元素分布。閃電代表產電，為熱電材料功能。

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