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品味智慧之光

縱使攬勝四方

我自封面大賞

——編語

鋰金屬電池

韓國高麗大學（Korea University）Seung-Ho Yu教授與Ji Hyun Um博士綜述了原位或工況表征鋰金屬枝晶生長過程的實驗技術。了解鋰枝晶生長原理是理性提升鋰金屬負極穩定性的重要參考。較傳統表征方法，原位或工況表征更貼近鋰金屬負極的實際工作條件，能觀察到鋰枝晶生長的動態過程，因而獲取更真實的結果。文章首先歸納了鋰枝晶生長機理與模型，后基于觀察鋰金屬沉積與溶解兩類過程，總結了利用光、電子、X射線、中子、磁性的表征技術的最新進展。作者們在文末指出了原位與工況表征技術當下面臨的難點，包括：

1）表征所用容器與實際電池結構有差別。這種差別可能導致電化學性能差異

2）表征使用的電解液體積僅有納微升數量級，只能潤濕被觀察電極的表面，比電池中電極的被浸潤程度小

3）微電極間距離比實際電池兩電極間距離短

以上這些因素使得表征條件偏離鋰金屬電極的實際工作環境，因而影響表征結果的可靠性。因此，作者們提出原位或工況表征應與傳統非原位表征相輔相成，而非二元對立。

在一個鋰金屬電極的轉盤上放置著鋰枝晶生長程度不同的電極。鏡頭、探針等“長槍短炮”正對著一塊鋰枝晶觀察。順著這塊鋰枝晶向左上方可以看到一個鋰金屬電池立在轉盤中央，可見轉盤對應了鋰金屬電池不同荷電狀態，而鋰枝晶形貌也相應出現不同生長程度。封面整體構圖體現了原位或工況表征的綜述要點。

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雙氧水的催化合成

韓國高麗大學Kwan-Young Lee教授及同事綜述了H₂O₂的催化合成進展。H₂O₂作為一種氧化劑，在廢水處理、化學品合成、殺菌消毒、半導體刻蝕、紙張漂白等領域廣泛應用。傳統合成H₂O₂的蒽醌氧化法雖能大規模制備H₂O₂，但同時會產生大量有機溶劑，污染環境。

得益于納米材料表面組分調控的合成方法及密度泛函理論計算的發展，能將H₂和O₂直接轉化為H₂O₂的催化劑于近年來不斷涌現。本文收錄了這些催化劑的合成方法與性能，要點如下：

1、直接合成H₂O₂的催化機理匯總（第二部分）；

2、單金屬鈀催化劑（第三部分）；

3、基于金屬鈀的雙金屬催化劑（第四部分）

4、不含鈀的雙金屬催化劑（第五部分）

5、催化劑負載基底對催化性能的促進作用（第六部分）

6、光催化、電催化、膜催化合成H₂O₂的技術進展（第七部分）

每部分都包括理論計算進展與實驗成果，體現了理論與實踐相互配合的和諧之道。

畫面中心表現了H₂和O₂氣體經催化劑表面化合為H₂O₂的過程。四周環繞著六種不同晶型催化劑，突出綜述主題。此外，細心觀察可以看到中心催化劑置于一塊電路板芯片上，加之背景中的電路應該體現了理論計算對于催化劑研發的有力支持。

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超級電容器綜述

韓國高麗大學Woong Kim教授和Jinwoo Park博士綜述了用于交流濾波的超級電容器的研究進展。交流濾波器是一種濾除交流輸電系統中由直流控制系統產生的諧波的器件。鋁電解電容器是其主要組成部件之一。但這種電容器雖能快速充放電，但電容有限。因此，同樣具備快充能力、電容較大的超級電容器成為鋁電解電容器的可能替代品。超級電容器的高電容有利于減小濾波器體積，便于電子器件微型化。

全文從電極材料、電解液材料、器件構造三方面入手，全面介紹了用于交流濾波的超級電容器研究進展。其中電極材料包括碳電極、過渡金屬氧化物電極、聚合物電極等，電解液材料包括水系、非水系、凝膠類電解液，器件構造包括單器件與多器件。作者在每部分結尾處均展望了相關發展方向。制得一提的是，文章結尾部分作者們提出雙連續相結構是今后超級電容器快充、高能性能的突破口之一。

封面展示了雙連續相中的離子快速遷移過程。藍色為電解液，銀白色為電極。雙連續相減少了電解液中離子到達電極表面的擴散距離，因而提升超級電容器的功率密度。高功率密度是超級電容器用于交流濾波的核心性能。

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柔性電極綜述

韓國高麗大學Jinhan Cho教授、美國佐治亞理工（Georgia Tech）Seung Woo Lee教授及合作者們綜述了能源收集、轉化與存儲應用中構筑電極活性材料與基底界面的策略。活性材料與基底（或集流體）間的電荷傳遞（charge transfer）是決定電化學器件性能的關鍵因素之一。本綜述聚焦以顆粒物為活性材料的電極，著重介紹了提升顆粒物界面附著力、改善界面電荷傳遞動力學的合成方法和修飾策略。此外，文章還涉及將顆粒物電極整合到柔性器件中的方法實例。

全文涉及的能源器件包括摩擦納米發電機、壓電納米發電機、生物燃料電池、鋰離子電容器、超級電容器，包羅萬象。

兩塊顆粒電極相互碰撞，迸出液體，直觀體現了“界面”這一綜述的核心。左右兩片電極中的顆粒表面附著有“綠茸”或“藍毛”，這些都是為提升界面電荷傳遞效率的表面修飾層。液體可能對應電解液或兩電極間的電解液，也可能是為了強調界面所繪。

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鋰硫電池

捷克帕拉茨基大學（Palacky University）研究團隊報道了一種鋰硫電池的硫/石墨烯復合正極材料。該材料通過多硫化鈉與氟代石墨烯發生的取代反應，將硫鏈以共價鍵結合在石墨烯層間制備而成。

這種材料有兩大優點。其一是硫載量高，達80 wt.%。其二是共價鍵強力結合使得小電流密度下多硫化物的穿梭效應被極大抑制，提升了電池壽命。0.1 C電流密度下，100次充放電循環后的電容量為~700 mAh/g；0.2 C電流密度下，250次充放電循環后的電容量為~644 mAh/g，500次循環后電容量保持在~470 mAh/g。

兩片石墨烯“墻壁”之間懸掛著數條硫鏈。這些硫因為被“墻壁”牢牢固定，雖能與嵌入的Li⁺反應但無法隨之而去，表現了多硫化鋰穿梭效應被抑制的亮點。遠處兩塊電池代表鋰硫電池。

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贗電容電容器

澳大利亞新南威爾士大學（UNSW）Samane Maroufi 博士及其同事報道了一種化學成分為Mn_1?x?y(Ce_xLa_y)O_2?δ的贗電容材料。這種材料以廢舊鎳氫電池的浸取液為原料，采用恒電流法電鍍而得，形貌為無規取向的納米片。控制電鍍時間可調控電極材料的膜厚（5-627 nm）和透明度（29-100%）。86%透明度的電極的最大實測面積比電容為3.4 mF/cm²。16000次充放電后電容保持率90%。采用柔性基底作為電鍍基底可制成柔性贗電容電容器電極，其電容在被彎曲45-180度時均無明顯降低。

這種材料的贗電容反應過程為O^2-陰離子進入或脫出Mn_1?x?y(Ce_xLa_y)O_2?δ孔道，使Ce、La、Mn陽離子的價態發生轉變。

右上方模型展示Mn_1?x?y(Ce_xLa_y)O_2?δ的晶體結構。結構中可見離子正進入孔道中，這是Mn_1?x?y(Ce_xLa_y)O_2?δ贗電容儲能的核心過程。左側放置了數片透明度不同的柔性電極，體現了柔性、透明贗電容電極的論文主題。背景的剔透之感無不強調了透明的亮點。

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