【原创】前沿综述|粉体前沿最新动态综述

2019-03-01
来源：中国粉体网黑金

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[导读] 粉体前沿最新动态综述。

中国粉体网讯 粉体前沿最新动态综述。

Solar RRL：DMSO分子控制法 ——有效提高1cm2平面钙钛矿电池效率及稳定性

钙钛矿晶体具备优异的光伏性能，经过几年的发展，电池的光电转换效率已超过23%。目前，凭借较传统MAPbI3钙钛矿成分更加优异的电学性质和稳定性能，基于Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y钙钛矿成分的研究越来越受到关注。但是，和MAPbI3钙钛矿吸收层的制备相比，Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y钙钛矿吸收层的现有制备工艺相对固化，通常使用能与DMF和DMSO均互溶的氯苯作为反溶剂，这极大提高了晶体生长的控性难度并且降低了钙钛矿薄膜的可重复性，限制了大面积（1cm2）平面钙钛矿电池的发展。和氯苯相比，乙醚只与DMF互溶，而不与DMSO互溶，这给实现DMSO分子的可控提供了良好的基础。因此探索DMSO分子对Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y钙钛矿吸收层的影响成为提高大面积低温平面钙钛矿太阳能电池性能的研究重点之一。

最近，澳大利亚新南威尔士大学的郝晓静课题组采用乙醚作为反溶剂，首次详细阐述了DMSO分子控制法对Cs-(FAPbI3)x(MAPbBr3)y钙钛矿薄膜的影响，实验证明其具有改善吸收层形貌、提升吸收层电学性能、以及降低吸收层缺陷的能力，有效提高1cm2平面钙钛矿太阳能电池器件效率并且成功解决困扰低温平面钙钛矿电池的迟滞问题。与此同时，通过降低缺陷数量，钙钛矿电池器件的稳定性能也得到明显提升。最终，1cm2低温平面钙钛矿太阳能电池器件获得19.4%的光电转化效率，并且在测试50天后，仍能保持其起始效率的90%。该研究工作为开发简单、廉价、高效的钙钛矿半导体器件吸收层材料开辟了新的设计思路。相关文章发表在 Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.201800338）上,文章第一作者是郝晓静课题组的刘旭博士。

直立型结构改善金属锂负极稳定性

近日，中科院大连化学物理研究所储能技术研究部的李先锋、张洪章团队提出一种新颖的直立型锂金属负极结构，并证实其能够有效改善锂金属负极的稳定性及循环寿命。

金属锂负极因其最低的还原电位及超高的质量比容量被誉为高比能量电池领域的“圣杯”。但由于锂枝晶生长和电极/电解质界面（SEI）稳定性差，锂负极在二次电池中的应用还存在着循环稳定性差和严重的安全隐患等问题。为缓解这些问题，该团队提出了一种具有直立结构的卷绕式锂金属负极，并通过原位观测和数值模拟阐明了卷绕式锂负极的离子输运及沉积反应的过程和机理。卷绕式的直立结构使锂负极具有丰富的内部反应界面、空间和原料用于锂的沉积、储存和运输，诱导锂枝晶和SEI的在负极结构内部生长。该工作为提高锂金属负极稳定性及循环寿命提供了新思路和新策略。相关研究成果发表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.201806752）上。

Small综述：柔性锌离子电池的进展与挑战

由于地球上的锂资源储量有限，有机体系电池存在着严重的安全隐患，发展柔性锂离子电池面临着诸多困境。就这一点而言，开发更安全、廉价的新型柔性储能体系变得更加具有吸引力。近年来，二次水系锌离子电池（zinc ion batteries, ZIBs）凭借其高安全性、易组装、高容量、低成本、环境友好和锌资源丰富等优势，在柔性储能设备中具有巨大的应用前景。日前，来自于中山大学卢锡洪教授等人以Flexible Zn-Ion Batteries: Recent Progresses and Challenges为题在Small上发表综述性文章。

作者总结了近年来快速发展且具有良好应用前景的水系ZIBs的最新代表性成果（电解液，电极材料，和器件组装技术），为柔性ZIBs的设计和改进提供了全面的知识和参考。该综述首先介绍了ZIBs的发展历程，详尽叙述了ZIBs的储能机理，重点讨论了锌负极存在的问题以及现有的解决策略，特别总结了ZIBs正极材料的储锌机理的分类和最新成果。接着，该综述进一步地总结了柔性ZIBs的设计与组装，包括柔性正负极的设计、凝胶电解液和电池结构设计。随后，作者总结了柔性锰基、钒基、普鲁士蓝基和其他柔性ZIBs的最新研究进展，并对不同种类的正极材料的优缺点进行了比较。最后，作者从柔性锌离子的电解液、电极材料、电池的结构设计等方面展望了ZIBs的未来发展方向与研究重点，并且对柔性ZIBs的商业化等问题进行了探讨和展望。相关综述文章在线发表于Small (DOI: 10.1002/smll.201804760)上。

NiCo2S4@ACF异质电极材料的绿色制备及其超级电容性能研究

传统的NiCo2S4硫化过程需要高温加热, 耗能较大, 并且单纯的硫化物导电性差。赵世怀等通过绿色环保的室温硫化法成功制备出以活性炭纤维(ACF)为核, NiCo2S4为壳的复合异质结电极材料(NiCo2S4@ACF)。NiCo2S4@ACF复合电极材料的层状结构, 有效增大了与电解液的接触面积, 改善了电子的传输路径, 使其具有更优良的电化学性能。当电流密度为1 A/g时, 其比电容值高达1541.6 F/g (678 μF/cm2)。另外, NiCo2S4@ACF和ACF分别作正负极组装成的非对称超级电容器(Asymmetric Supercapacitors, ASC)展现了良好的电化学性能: 能量密度高, 当功率密度为800 W/kg时, 能量密度高达49.38 Wh/kg; 循环性能稳定, 循环充放电2000圈后比电容仍能保持90.27%。研究表明, NiCo2S4@ACF复合电极材料是一种应用前景广阔的超级电容器电极材料。

NiCo2S4@ACF复合电极材料的制备流程图

深圳先进院在多铁材料纳米力学性能表征领域取得进展

近日，中国科学院深圳先进技术研究院纳米调控与生物力学研究室在多铁材料纳米力学性能表征领域取得新进展，提出了一种能够同时表征多铁纳米材料纳米尺度压电性能和力学性能的技术。相关成果以Nanomechanics of multiferroic composite nanofibers via local excitation piezoresponse force microscopy（《通过局部激励压电力显微技术表征多铁纳米复合纤维纳米力学性能》）为题发表在Journal of the Mechanics and Physics of Solids（《固体力学与物理学报》）上。论文第一作者是深圳先进院客座博士研究生朱庆丰。

研究团队提出的局部激励压电力显微技术很好地弥补了这一空白。该技术将经典的力学理论有机结合起来，在传统的压电力显微技术基础上进行延伸，实现了同时表征多铁纳米材料纳米尺度压电性能和力学性能。为了证实该技术的有效性，团队以不同组分的多铁纳米复合纤维为例，利用该技术不仅表征了纤维局部的压电性，而且实现了对纤维纳米尺度杨氏模量的单点测量以及成像。利用这一局部激励技术得到的测量结果与传统的纳米压痕法，全局激励技术以及理论预测的结果很好地符合，证实了该技术的有效性及可靠性。与传统技术相比，该技术具有实验装置简单，能够实现真正意义上的局域微纳尺度测量，且能无损地实现对材料杨氏模量和压电性能的高速、高分辨率成像等优点，这为多铁材料纳米尺度力学性能的表征提供了新思路，具有很好的应用前景。

丹麦科学家成功在石墨烯上“雕刻”纳米级小孔，将其导电能力再提高1000倍

丹麦研究人员最近刚解决了以石墨烯为基础制造有效纳米电子器件的最大挑战之一：在不破坏石墨烯电气性能的情况下，在上面“雕刻”纳米级小孔。这样可以让石墨烯获得比以前这类结构所达到的数量级更高的电流。这一成果表明，未来电子学所需的量子传输特性在缩小到10纳米尺寸的情况下继续存在。

比亚克•耶森(Bjarke Jessen)和琳恩(Lene Gammelgaard)是丹麦技术大学物理系的博士后，他们首先将石墨烯封装在另一种非导电二维材料六方氮化硼(hexagonal boron nitride)中。通常用六方氮化硼来保护石墨烯的性能。接下来，他们使用电子束刻蚀这一技术，在氮化硼和石墨烯的保护层下面小心制备出一排致密的超小孔。这些孔的直径约为20纳米，两孔间隔仅12纳米。即使这样，孔边缘的粗糙度也小于1纳米，也就是十亿分之一米。在这样小的石墨烯结构中，现在电流流量比之前报道过的大1000倍，也就是说其导电能力提高了1000倍。

Science：装个“拉链”，非金属表面也能合成纳米石墨烯

近期，波兰雅盖隆大学的M. Kolmer、德国埃尔朗根-纽伦堡大学的K. Amsharov等研究者找到了一个非常巧妙的办法，在半导体金红石二氧化钛（011）表面上通过氟代芳烃前驱体的程序化“多米诺”式偶联反应直接合成纳米石墨烯（图1D）。他们形象地将此称为一个程序化“拉拉链”的过程——柔性氟代芳烃前驱体中预先设计好位置的C-F键，就像是“拉链”的“链齿”，程序化地控制区域选择性环化反应的发生，将前驱体中的线性低聚亚苯基链“盘绕”在苯基周围，合成纳米石墨烯（图2）。这种程序化“纳米拉链”的效率很高，很有希望用于在绝缘及半导体材料表面直接合成纳米石墨烯和石墨烯纳米带。相关论文发表在Science 杂志上。