Volume 6 Issue 11

桂花留晚色，帘影淡秋光。Carbon Energy 第六卷第十一期上线：Research Article 12 篇、Review 7 篇 。本期内容包含了“电容器、电池材料、电催化、光催化、催化材料、能源转化”等领域方向。编辑部对此进行了汇总，欢迎大家阅读、分享、下载。感谢编委会、作者、审稿人、读者以及社会各界人士对Carbon Energy 的大力支持！

§ 封面 §

封面文章北理工李腊＆沈国震：质子导电水凝胶电解质与无粘结剂的MXene电极紧密接触，助力高性能热充电超级电容器

Proton conducting hydrogel electrolytes with tight contact to binder-free MXene electrodes for high-performance thermally chargeable supercapacitor

§ 封底 §

封面文章日本关西大学Takashi Hakari：全碳酸酯电解液基高能量密度锂硫电池

Fully carbonate electrolyte-based practical high energy density Li-S batteries with solid-phase conversion

文章汇总

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图文目录导读

1. Research Article

1.研发了一种高性能热充电超级电容器（TCSC），该电容器利用质子导电水凝胶电解质与无粘结剂的Ti₃C₂T_x MXene@PPy电极紧密接触，实现了热电与光热电无差别双向输出。

2.这项技术不仅提高了热电性能，还通过与Ti₃C₂T_x MXene/PVA压力传感器串联，实现了自供电集成系统，用于实时、精准的人体运动与健康监测。

Proton-conducting hydrogel electrolytes with tight contact to binder-free MXene electrodes for high-performance thermally chargeable supercapacitor

Zhijian Du, La Li*, Guozhen Shen*

CarbonEnergy.  2024; 6: e562.

https://doi.org/10.1002/cey2.562

2. Research Article

1.报道了一种全碳酸酯电解液基的高能量密度锂硫电池。

2.实验研究表明，通过在硫阴极内部原位形成固体电解质界面（SEI）保护层，显著提升了电池的可逆容量和循环寿命。

3.这项研究不仅展示了大规模锂硫电池的高性能，还为未来应用提供了一种可扩展的技术，推动了锂硫电池在实际应用中的可行性。

Fully carbonate-electrolyte-based high-energy-density Li–S batteries with solid-phase conversion

Takashi Hakari, Yuto Kameoka, Kaihei Kishida, Shinji Ozaki, Chihiro Murata, Minako Deguchi, Ryo Harada, Tomoki Fujisawa, Yusuke Mizuno, Heisuke Nishikawa, Tomoyuki Tamura, Yiqun Wang, Hikari Takahara, Takashi Aoki, Tokuo Inamasu, Daisuke Okuda, Masashi Ishikawa* … See fewer authors 

Carbon Energy.  2024; 6: e585.

https://doi.org/10.1002/cey2.585

3. Review

1.系统总结了不同pH环境下氢析出反应（HER）的机制，并提出了全pH环境可用的电催化剂的设计策略。

2.详细介绍了过渡金属基催化剂和单原子催化剂的研究进展，并从电子结构和物理结构两个方面总结了提升催化剂性能的通用策略。

3.客观讨论了HER催化剂在科学研究和工业应用中存在的问题，并对未来发展方向进行了展望。

Design of pH-universal electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

Jingwen Lin, Xu Wang, Zhenyun Zhao, Dongliang Chen, Rumin Liu, Zhizhen Ye, Bin Lu*, Yang Hou*, Jianguo Lu*

Carbon Energy.  2024; 6: e555.

https://doi.org/10.1002/cey2.555

4. Research Article

1.开发了3D腔体限域CsPbBr₃量子点（CsPbBr₃@SBA-16），这种量子点在可见光驱动的C-H活化反应中表现出高活性和稳定性。

2.通过两步双溶剂策略制备的CsPbBr₃@SBA-16在甲苯C(sp³)-H键活化反应中实现了高选择性氧化为苯甲醛，产率约为730 µmol g⁻¹ h⁻¹，选择性接近100%，并且具有良好的环境稳定性。

3.这项研究为提高金属卤化物钙钛矿量子点的稳定性和光催化性能提供了新的方法。

3D-cavity-confined CsPbBr₃ quantum dots for visible-light-driven photocatalytic C(sp³)–H bond activation

Yu-Jie Gao, Handong Jin, Daniel A. Esteban, Bo Weng*, Rafikul A. Saha, Min-Quan Yang, Sara Bals, Julian A. Steele, Haowei Huang*, Maarten B. J. Roeffaers*

Carbon Energy.  2024;  6: e559.

https://doi.org/10.1002/cey2.559

5. Research Article

1.开发了一种新型水合深共晶电解液，并基于此实现了阴阳离子协同脱嵌五氧化二钒（V₂O₅）的非金属/金属双重氧化还原反应储能机制，显著提升了水系锌基电池的能量密度。

2.研究中，除了Zn²⁺阳离子的可逆存储外，O^2–阴离子的可逆氧化还原反应额外提供了约100 mAh/g的放电容量，使得电池能量密度增加了36%，达到了506 Wh/kg，为高能量密度锌基电池的设计提供了新的思路。

Joint cationic and anionic redox chemistry in a vanadium oxide cathode for zinc batteries achieving high energy density

Wenfeng Wang, Lu Zhang*, Zeang Duan, Ruyue Li, Jiajin Zhao, Longteng Tang, Yiming Sui, Yadi Qi, Shumin Han, Chong Fang, Desong Wang*, Xiulei Ji*

CarbonEnergy.  2024; 6: e577.

https://doi.org/10.1002/cey2.577

6. Review

1.详细总结了提高金属卤化物钙钛矿（MHP）光催化剂在水溶液中稳定性的策略。

2.从MHP的基本结构和性质出发，分析了MHP在水相溶液中面临的挑战，并探讨了提高其稳定性的物理保护法和开发水稳定的MHP材料两大策略，为MHP光催化剂的设计和应用提供了指导和参考。

Metal halide perovskites for solar-to-chemical energy conversion in aqueous media

Chunhua Wang*, Yang Ding, Yannan Wang, Zhirun Xie, Zhiyuan Zeng, Xin Li, Yun Hau Ng*

Carbon Energy. 2024; 6: e500.

https://doi.org/10.1002/cey2.500

7. Research Article

1.研究了通过银氯化物（AgCl）双掺杂来提升硫化物固态电解质Li₇P₃S₁₁（LPS）的离子导电性。

2.研究发现，0.2 M AgCl掺杂的LPS离子导电性提高了超过80%，通过同步辐射X射线衍射、Rietveld精修、密度泛函理论（DFT）和基于人工神经网络的分子动力学模拟等技术，揭示了掺杂对LPS结构和离子导电性的影响，为开发高导电性固态电解质提供了新的思路。

Exploring dopant-enhanced ionic conductivity of AgCl-doped Li₇P₃S₁₁ solid electrolytes: Integrating synchrotron Rietveld analysis, DFT, and ANN-based molecular dynamics approaches

Yong-Seok Choi, Youngin Lee, Hyuna Ahn, Jiwon Jeong, Kyung Yoon Chung, David O. Scanlon, Jae-Chul Lee*

Carbon Energy.  2024; 6: e564.

https://doi.org/10.1002/cey2.564

8. Research Article

1.通过在锗阳极表面复合导电金属有机骨架材料Ni₃(HITP)₂，成功提升了锗空气电池在高温下的放电性能。

2.在16℃时，修饰后的电池放电时长是普通锗空气电池的两倍；在50℃时，放电时长可提高至六倍。

3.这项研究为提高锗空气电池在极端环境下的性能提供了新的方法，展示了阳极保护在提升电池寿命中的关键作用。

Enhancement of the performance of Ge–air batteries under high temperatures using conductive MOF-modified Ge anodes

Yuhang Zhang, Ya Han, Fengjun Deng, Tingyu Zhao, Ze Liu, Dongxu Wang, Jinlong Luo, Yingjian Yu*

Carbon Energy. 2024; 6: e580.

https://doi.org/10.1002/cey2.580

9. Research Article

1.提出了一种创新策略，通过调控木材射线组织结构，制备出超弹性木材，显著增强了木材的压电效应。

2.这种超弹性木材基纳米发电机能够产生比天然木材高70倍以上的电输出，并且展现出良好的弹性和稳定性，可用作自供电传感器监测人体关节运动，为可持续能源转换领域提供了新的思路。

Superelastic wood-based nanogenerators magnifying the piezoelectric effect for sustainable energy conversion

Tong Wu, Yun Lu*, Xinglin Tao, Pan Chen, Yongyue Zhang, Bohua Ren, Feifan Xie, Xia Yu, Xinyi Zhou, Dongjiang Yang, Jin Sun*, Xiangyu Chen*

Carbon Energy. 2024; 6: e561.

https://doi.org/10.1002/cey2.561

10. Research Article

1.通过在聚乙烯隔膜双面涂覆薄水铝石，有效改善了高载量锂硫软包电池中的反应均匀性，抑制了容量下降，实现了更长的循环寿命。

2.研究表明，这种薄水铝石涂层隔膜能够促进硫的转换反应，提高电解液的润湿性，促进锂金属的均匀沉积，从而减少阳极的降解，并在8 mAh cm^–2的面积载量下稳定运行300个循环以上。

3.这项研究为提高锂硫电池的实用性和循环稳定性提供了新的策略。

Improving reaction uniformity of high-loading lithium-sulfur pouch batteries

Hun Kim, Jae-Min Kim, Ha-Neul Choi, Kyeong-Jun Min, Shivam Kansara, Jang-Yeon Hwang, Jung Ho Kim, Hun-Gi Jung, Yang-Kook Sun*

Carbon Energy.  2024; 6: e578.

https://doi.org/10.1002/cey2.578

11. Review

1.探讨了将废旧轮胎转化为电池碳负极材料的方法。

2.系统总结了不同热化学方法将废旧轮胎转化为电极应用碳材料的进展，讨论了预处理工艺、工艺路线和操作参数对碳材料性质及其电化学性能的影响，并指出废旧轮胎衍生碳材料作为电池负极的高比容量和应用潜力。

3.文章概述了该领域的挑战和未来研究方向。

Turning waste tyres into carbon electrodes for batteries: Exploring conversion methods, material traits, and performance factors

Ishioma L. Egun, Zixuan Liu, Yayun Zheng, Zhaohui Wang, Jiahao Song, Yang Hou, Jun Lu*, Yichao Wang*, Zhengfei Chen*

Carbon Energy.  2024; 6: e571.

https://doi.org/10.1002/cey2.571

12. Research Article

1.通过水热法合成了Ni掺杂的Mn₃O₄/N-rGO纳米杂化物，作为双功能电催化剂，用于提升锌空气电池在液相和柔性固态条件下的性能，特别是在低温环境下的循环稳定性。

2.研究发现，Ni掺杂Mn₃O₄/N-rGO具有高的光热转换效率，能够通过光热效应增强氧还原反应和氧析出反应的整体性能，为全天候柔性电子设备的开发提供了新的可能性。

Photothermal-boosted flexible rechargeable zinc-air battery based on Ni-doped Mn3O4 with excellent low-temperature adaptability

Wengai Guo, Fan Gu, Qilin Chen, Kexuan Fu, Yuqing Zhong, Jing-Jing Lv, Shuang Pan*, Yihuang Chen*

Carbon Energy.  2024; 6: e567.

https://doi.org/10.1002/cey2.567

13. Review

1.系统总结了MAX相陶瓷的晶体结构、化学组成以及物理性质，并探讨了这些因素如何影响其在高温下的摩擦学行为。

2.详细讨论了MAX相材料在受力时的应力响应、能量耗散机制，以及高温氧化层的成分和结构对润滑及抗磨性能的影响，为高温固体润滑剂的发展提供了重要的指导和参考。

Mapping the structure and chemical composition of MAX phase ceramics for their high-temperature tribological behaviors

Hong Yu, Lili Xue, Yaqing Xue, Haoting Lu, Yuxin Liu, Long Wang, Cheng-Feng Du*, Weimin Liu

Carbon Energy.  2024; 6: e597.

https://doi.org/10.1002/cey2.597

14. Research Article

1.开发了一种钴（Co）单原子催化剂（SACs），并将其支撑在经过特殊处理的对齐碳纳米纤维（CNF）上，用于电化学合成过氧化氢。

2.该催化剂展示了卓越的两电子氧还原反应（ORR）活性，能在高电流密度下高效生产H₂O₂，并且在电-芬顿过程中快速去除有机污染物，为电化学H₂O₂合成和废水处理提供了新的研究方向。

Arc plasma-deposited Co single-atom catalysts supported on an aligned carbon nanofiber for hydrogen peroxide electrosynthesis and an electro-Fenton process

Chang-Kyu Hwang, Sooyeon Kim, Ki Ro Yoon, Thao Thi Le, Chinh V. Hoang, Jae Won Choi, Wenjun Zhang, Sae Yane Paek, Chung Hyeon Lee, Ji Hyun Lee, Keun Hwa Chae, Sohee Jeong, Seung Yong Lee, Byeong-Kwon Ju*, Sang Hoon Kim*, Sang Soo Han*, Jong Min Kim*… See fewer authors 

Carbon Energy.  2024; 6: e582.

https://doi.org/10.1002/cey2.582

15. Review

1.探讨了钙钛矿氧化物在水电解中的电催化应用，特别是晶化和非晶化钙钛矿氧化物的性能对比。

2.强调了钙钛矿氧化物材料的多样性和可调性，以及非晶化技术在提升水电解电化学活性中的潜力，为绿色氢能生产提供了重要的材料科学基础。

3.论文还指出了未来研究的方向，包括成本效益优化、材料结构的精细调控以及反应机制的深入研究。

Perovskite oxides as electrocatalysts for water electrolysis: From crystalline to amorphous

Hainan Sun, Xiaomin Xu, Gao Chen, Zongping Shao*

Carbon Energy.  2024; 6: e595.

https://doi.org/10.1002/cey2.595

16. Research Article

1.开发了一种基于3D石墨烯架构的锂硫电池，该电池实现了高能量密度和超长循环寿命。

2.通过使用氮掺杂三维石墨烯气凝胶作为宿主材料，有效实现了锂的均匀镀/剥离和多硫化物的高效固定，从而在高电流密度下显著提升了电池的循环稳定性和容量保持率。

3.这项工作为锂硫电池技术向商业化迈进提供了新的思路。

A high-energy-density long-cycle lithium–sulfur battery enabled by 3D graphene architecture

Yan Cheng, Bihan Liu, Xiang Li, Xin He, Zhiyi Sun, Wentao Zhang, Ziyao Gao, Leyuan Zhang, Xiangxiang Chen, Zhen Chen, Zhuo Chen*, Lele Peng*, Xiangfeng Duan*

Carbon Energy.  2024; 6: e599.

https://doi.org/10.1002/cey2.599

17. Research Article

1.通过界面工程修饰苝四甲酸二酐并结合复合导电网络，制备了一种柔性自支撑的PTCDA/PPy/CNT电极。

2.这种电极在钠离子电池中展现了优异的循环稳定性、出色的倍率性能以及在宽温域下的良好适应性，为开发高性能、宽温度应用的钠离子电池提供了新的思路。

Flexible self-supporting organic cathode with interface engineering for high-performance and wide-temperature sodium-ion batteries

Lei Wang, Suqiao Fang, Haichao Wang, Qianqian Peng, Yifeng Liu, Hanghang Dong*, Hao Yan, Yong Wang, Shulei Chou, Bing Sun, Yao Xiao*, Shuangqiang Chen*

Carbon Energy.  2024; 6: e632.

https://doi.org/10.1002/cey2.632

18. Review

1.系统总结了含有碳碳三键（C≡C）的半导体材料在光（电）催化太阳能制氢领域的最新研究进展。

2.分类讨论了石墨炔、炔基共轭聚合物、含有C≡C的共价有机框架和金属有机框架等材料的结构特性、优缺点，并探讨了它们在提高光（电）催化析氢性能方面的应用实例，旨在推动含C≡C的半导体材料在未来光（电）催化太阳能制氢领域的发展与应用。

Carbon–carbon triple bond-containing materials for photo(electro)catalytic solar hydrogen production

Wenyan Li, Yang Lu, Yawen Tang*, Hanjun Sun*

Carbon Energy.  2024; 6: e527.

https://doi.org/10.1002/cey2.527

19. Review

1.探讨了基于MXene材料的透明电磁干扰（EMI）屏蔽技术。

2.介绍了MXene材料在保持高透明度的同时实现高EMI屏蔽效能的潜力，并通过不同的复合材料和制备方法，展示了MXene在透明EMI屏蔽领域的应用前景，为触摸屏、可穿戴设备等对透明度有特殊要求的智能设备提供了新的材料解决方案。

Transparent electromagnetic interference shielding materials using MXene

Yanli Deng, Yaqing Chen*, Wei Liu, Lili Wu, Zhou Wang, Dan Xiao, Decheng Meng, Xingguo Jiang, Jiurong Liu*, Zhihui Zeng*, Na Wu*

Carbon Energy.  2024; 6: e593.

https://doi.org/10.1002/cey2.593

20. Review

1.探讨了石墨相氮化碳（g-C₃N₄）在光催化制双氧水方面的应用。

2.通过能源带工程，优化了g-C₃N₄的光催化性能，包括形态控制、晶型与缺陷调节、掺杂以及与其他材料的结合等多种策略，显著提高了g-C₃N₄的光生电荷分离效率和表面氧化还原反应活性，为绿色化学和可持续能源技术的发展提供了新的思路。

Energy band engineering of graphitic carbon nitride for photocatalytic hydrogen peroxide production

Tengyang Gao, Degui Zhao, Saisai Yuan*, Ming Zheng, Xianjuan Pu, Liang Tang*, Zhendong Lei*

Carbon Energy.  2024; 6: e596.

https://doi.org/10.1002/cey2.596

关于“Carbon Energy”

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。

Carbon Energy 2019年创刊，同年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，连续两年获“中国最具国际影响力学术期刊”称号，连续三年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，2022和2023年入选中国科学院材料科学一区TOP 期刊，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD等收录，2024年获得第三个影响因子19.5，并入选中国科技期刊卓越行动计划二期英文梯队期刊和2024年度中国高校科技期刊建设示范案例库杰出科技期刊入库案例。

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Associate editors

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