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Nano Research Energy 2022年度TOP热点论文
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Nano Research Energy感谢所有作者、审稿专家、编委团队以及广大读者在过去一年里对Nano Research Energy的大力支持和持续关注。
截止目前，Nano Research Energy共计出版3期50余篇论文。在新的一年，Nano Research Energy将继续精益求精，为大家呈现可持续发展领域最新研究热点和科研成果。
基于官网统计数据，Nano Research Energy遴选出12篇热点论文（2022年上线发表）邀您共赏，欢迎下载和阅读。
01 Building durable aqueous K-ion capacitors based on MXene family
Guojin Liang, Xinliang Li, Yanbo Wang, Shuo Yang, Zhaodong Huang, Qi Yang, Donghong Wang, Binbin Dong, Minshen Zhu, Chunyi Zhi*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120002.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120002
Nano Research Energy主编、香港城市大学支春义教授：构建基于MXene电极的超长循环水系钾离子电容器。本研究采用了不同的 MXene (Nb2C, Ti2C and Ti3C2 ) 材料作为储钾电极材料，并横向比较了三者的储钾性能。基于MXene材料自身良好的导电性，以及表面丰富的氧化还表面基团作为赝电容的相互作用位点，同时极大的层间距用以嵌入脱出型存储钾离子，MXene均实现了优异的储钾性能。其中，以Nb2C MXene的K离子电容器性能最为突出，其最高功率密度为2336 W/kg，能量密度为24.6 Wh/kg，表现出优异的储钾能量密度。当与有机负极物苝四甲酰二亚胺（PTCDI）配对构建钾离子电容器时，Nb2C║PTCDI的电容器在5 A/g的电流密度下30,000次循环后，电容器的容量保持为初始容量的 94.6 %，展示出超稳定的循环稳定性。MXene作为超稳定的储钾电极材料，为发展后续其它水系钾离子电极材料提供了借鉴。
02 Recent advances in nanostructured heterogeneous catalysts for N-cycle electrocatalysis
Jie Liang, Qian Liu, Abdulmohsen Ali Alshehri, Xuping Sun*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120010.
Nano Research Energy副主编、电子科技大学孙旭平教授：纳米多相催化剂驱动的氮循环电化学的研究进展。文章重点介绍了多相纳米催化剂在各种半反应（如NOR, AOR, HzOR, NOOR, NRR, NORR, NO3RR, NO2RR）和能源器件（如金属-N2电池）中的重要进展（主要是在过去三年），包括它们的制备细节和电化学性能。强调了闭环电化学中循环氮物种对同时生成有用化学物质（如NH3、NH2OH和N2H4）和减少污染物（如NO3−、NO2−、NO）的有效性。此外，还列举了许多例子来简要说明催化体系设计的灵活性，例如，在典型的碳表面上修饰COFs。更重要的是，在氮循环电催化剂的发展中仍然存在问题和挑战，综述总结出了该领域的一些可能的未来趋势，希望对最近 N-cycle电催化的概述能够激发进一步的研究。
03 Challenges and prospects of lithium–CO2 batteries
Shilin Zhang, Liang Sun, Qining Fan, Fangli Zhang, Zhijie Wang, Jinshuo Zou, Shiyong Zhao, Jianfeng Mao, Zaiping Guo*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120001.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120001
Nano Research Energy编委、澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授课题组：锂-二氧化碳电池的前景与挑战。本文基于非水基Li-CO2电池目前的研究进展，结合电池反应机制和详细原理，重点讨论了电极、界面和电解质所面临的关键问题，以及解决这些问题的合理策略，从而实现高效的Li-CO2电池，以达到固定和转化二氧化碳的目的。与此同时，作者还分析了未来Li-CO2电池工业应用存在的问题并给出设计实用Li-CO2电池的可能策略和路径。这篇综述将有助于更好地理解Li-CO2电池，并为未来研究可逆和可充电碱金属基二氧化碳电池系统提供指导。
04 Design strategies for low temperature aqueous electrolytes
Liwei Jiang, Dejian Dong, Yi-Chun Lu*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120003.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120003
香港中文大学卢怡君教授：低温水系电池，电解液如何设计？本文巧用平衡相图和非平衡相图的特点，分析低温水系电解液的防冻机理，提出设计策略；回顾了水系电解液中温度/浓度/电荷载流子相关的电导率特性，以理解和调控离子扩散动力学；介绍了水系和非水系电池的界面研究，并提出了低温水系电池界面氧化还原动力学的潜在改进策略，总结了用于开发高性能低温水系电池电解液的设计策略。
05 Progress and prospects of two-dimensional materials for membrane-based osmotic power generation
Javad Safaei, Guoxiu Wang*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120008.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120008
Nano Research Energy编委、悉尼科技大学汪国秀教授课题组：海水也能发电？神奇的盐度梯度发电二维膜材料！本综述主要关注先进二维膜材料在盐度梯度发电中的应用。作者概述了反向电渗析的基本原理和离子传输机制，总结不同纳米结构的二维膜，包括具有纳米孔的原子级厚度二维膜、二维层状膜、具有纳米孔的二维层状膜、二维/一维 和 二维/二维混合膜等；本文系统阐述了二维膜的制备方法、物理特性、离子传输特性和渗透能量转化的原理。最后，作者提出了该领域未来的研究方向，二维材料的进一步研究可以提高盐度梯度发电功率，推进其实用化和商业化进程。
06 Self-assembled monolayer enabling improved buried interfaces in blade-coated perovskite solar cells for high efficiency and stability
Jie Zeng, Leyu Bi, Yuanhang Cheng, Baomin Xu, Alex K.-Y. Jen*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120004.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120004
香港城市大学Alex K.-Y. Jen（任广禹）教授：自组装单分子层显著提高太阳能电池效率和稳定性。本工作针对PTAA在大面积钙钛矿制备中存在的问题，在本工作中提出采用[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(MeO-2PACz)作为自组装单分子空穴提取层来取代PTAA。一方面，亲水的MeO-2PACz单分子层改善了刮涂钙钛矿薄膜的成核和生长，形成致密均匀的埋底界面并促进与顶部钙钛矿的相互作用以钝化界面缺陷。另一方面，由于该MeO-2PACz自组装单分子层仅有单层分子，因此可以通过电荷隧穿有效地将载流子从钙钛矿提取到衬底电极，从而提高器件性能。得益于钙钛矿在自组装单分子层上的高质量埋底界面及高效的空穴提取，在有效面积分别为0.105 cm2和18.0 cm2 的钙钛矿器件和组件上分别实现了18.47%和14.13%的能量转换效率。此外，基于自组装单分子层的钙钛矿太阳能电池表现出良好的稳定性，惰性气体氛围中在最大功率点附近连续运行500小时以上后，仍可保持90%的初始效率。
07 High-efficiency electrocatalytic NO reduction to NH3 by nanoporous VN
Defeng Qi, Fang Lv, Tianran Wei, Mengmeng Jin, Ge Meng, Shusheng Zhang, Qian Liu, Wenxian Liu, Dui Ma, Mohamed S. Hamdy, Jun Luo, and Xijun Liu*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120022.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120022
Nano Research Energy青年编委、广西大学刘熙俊教授：纳米多孔氮化钒高效电催化一氧化氮还原合成氨。文章报道了一种负载在碳纤维布上的纳米多孔VN薄膜（np-VN/CF）用于电催化NORR制氨。结果表明，np-VN/CF在-0.4~-0.8 V（相对于可逆氢电极）的电势范围内的氨气法拉第效率可达68-85%，其氨气的最高产率为1.05×10–7 mol cm–2 s–1，超过了大多数已报道的文献结果。此外，以该催化剂作为阴极组装的Zn–NO电池，其最大功率密度可达2.0 mW cm–2，相应的氨气产率为1077.1 μg h–1mgcat.–1。该工作表明了纳米多孔钒基材料在电合成氨方面的潜在应用。
08 Porphyrin-based framework materials for energy conversion
Jiawei Gu, Yi Peng, Ting Zhou, Jiao Ma, Huan Pang*, Yusuke Yamauchi*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120009.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120009
Nano Research Energy青年编委、扬州大学庞欢教授&昆士兰大学Yusuke Yamauchi教授：用于能量转换的卟啉基框架材料研究进展。本文简要介绍了卟啉结构块的类型，它们可以作为框架结构的连接剂，也可以直接与骨架材料组装成高性能的催化剂，并对卟啉基框架材料催化剂在电催化和光催化方面应用的最新研究进展进行了总结和介绍。1）作者首先对金属有机框架（多孔配位聚合物），共价有机框架，卟啉、金属卟啉和卟啉基框架材料作了简要的介绍。2）作者接下来总结和讨论了卟啉基骨架材料在电催化和光催化中应用的最新进展。卟啉基骨架材料主要总结介绍了原始卟啉基金属有机框架、卟啉基金属有机框架复合物、卟啉基金属有机框架衍生物，原始卟啉基共价有机框架卟啉基共价有机框架复合物。电催化主要总结介绍了电催化水分解、电催化二氧化碳还原、电催化氧还原反应。光催化主要总结介绍了光催化水分解、光催化二氧化碳还原。3）作者最后提出了卟啉基骨架材料在电催化和光催化方面仍面临的关键困难和挑战，针对每一个困难和挑战给出了理论可行的解决方案，同时作者也提出了卟啉基骨架材料未来的发展机遇，并对卟啉基骨架材料未来的蓬勃发展充满高度期待。
09 Photo-enhanced rechargeable high-energy-density metal batteries for solar energy conversion and storage
Hairong Xue, Hao Gong, Yusuke Yamauchi, Takayoshi Sasaki, Renzhi Ma*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120007.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120007
日本国立物质材料研究所（NIMS）马仁志教授：太阳能转换和储存的光增强型可充电高能量密度金属电池。本文综述了通过将高能量密度金属电池和光伏技术内部集成到单个器件中的光增强可充电电池的最新研究进展。作者首先概述了光增强型可充电金属电池中光增强充电和放电的工作原理。接下来总结和讨论了封闭式和开放式光增强可充电金属电池在电池组件和性能评价方面的进展。金属电池主要包括Li/Zn离子电池（LIBs/ZIBs）、Li-S电池（LSBs）、Li/Zn-I电池、Li-O2/Zn-O2/空气电池（LOBs/ZABs）和Li-CO2电池（LCBs）。最后提出了光增强型可充电金属电池在能量转换和存储方面仍面临的关键挑战和未来发展机遇。
10 Recent research progress on operational stability of metal oxide/sulfide photoanodes in photoelectrochemical cells
Linxing Meng, Liang Li*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120020.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120020
苏州大学李亮教授：如何提高光电化学水分解稳定性？基于金属氧化物/硫化物的光阳极研究最新进展！作者对目前基于金属氧化物和硫化物光阳极的稳定性相关研究进行了总结，提出了导致光腐蚀现象发生的主要因素和对应的解决方案。众所周知，与金属硫化物相比，金属氧化物在稳定性方面具有巨大优势；例如，二氧化钛天然具有良好的稳定性。然而，金属硫化物非常适合作为光阳极，因为它们具有窄带隙、合适的能带位置和容易获得的垂直有序纳米阵列形貌。迄今为止，尽管许多文献报道都集中在解决金属硫化物的稳定性问题，但最终得到的器件稳定性性能仍远远落后于金属氧化物。此外，由于光阳极材料的不同，光腐蚀的原因也会略有不同。因此，本文主要探讨不同材料的光腐蚀机理，总结不同金属硫化物和金属氧化物的稳定性相关研究工作（图1），对光腐蚀现象常见的表现形式和表征方法进行概括。针对各个材料光腐蚀机理的特异性，介绍了特定光阳极材料（BiVO4、WO3、Fe2O3、In2S3、CdS等）的光腐蚀机理和常见改性策略。最后，通过比较光阳极材料的解决方案，讨论了潜在的光腐蚀研究方案，并提出了提高金属硫化物稳定性的一些建议。
11 Towards practical lean-electrolyte Li–S batteries: Highly solvating electrolytes or sparingly solvating electrolytes?
Hualin Ye, Yanguang Li*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120012.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120012
苏州大学李彦光教授：实用化贫电解液锂硫电池何去何从？高溶型电解液和微溶型电解液对比与展望。作者首先阐述了贫电解液锂硫电池中使用高溶型电解液（HSEs）和微溶型电解液（SSEs）的电化学反应机制，随后对HSEs和SSEs的优点和缺点进行了比较，并系统总结了HSEs 和 SSEs用于贫电解液锂硫电池面临的挑战和应对策略。最后，作者基于HSEs 和 SSEs在贫电解液锂硫电池中不同的转化机制，分别从硫正极的合理设计、反应机制、锂金属负极稳定性和实用化锂硫电池设计等方面对未来 HSEs 和 SSEs的发展进行了展望。
12 Te-mediated electro-driven oxygen evolution reaction
Feng Gao, Jiaqing He, Haowei Wang, Jiahui Lin, Ruixin Chen, Kai Yi, Feng Huang, Zhang Lin, Mengye Wang*. Nano Research Energy, 2022, 1: e9120029.
https://doi.org/10.26599/NRE.2022.9120029
Nano Research Energy青年编委、中山大学王梦晔副教授：用武之“碲”！Te介导的电催化析氧反应最新综述！本文首先分析Te元素的低电负性、强共价性等特殊性质，结合Te元素晶体和二维碲烯表现出特殊的拓扑性质和稳定性，提出了它在 OER 中的潜在优势。接着，作者总结了对性能较出色的黑磷、金属有机框架、层状双氢氧化物等材料进行Te掺杂的相关工作，指出Te掺杂不仅可以进一步加速动力学过程，还可以提高稳定性。然后，作者总结了贵金属碲化物（如IrTe、RuTe等）和过渡金属碲化物（如CoTe2、NiTe等）的OER性能，并对其潜在机理进行归纳分析。最后，作者对Te元素在OER中应用的挑战和进一步研究进行了讨论与展望，指出了当前材料的研究过于偏重简单的制备与电化学性能测试，而缺乏系统性的材料热力学、动力学、电化学机理研究，在大电流的实际应用条件下的服役退化研究也有待开展。
期刊介绍
作为Nano Research姊妹刊，Nano Research Energy (ISSN: 2791-0091; e-ISSN:2790-8119)于2022年3月由清华大学创办，香港城市大学支春义教授和清华大学曲良体教授共同担任主编。是一本国际化的多学科交叉，全英文开放获取期刊，聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用，对标国际顶级能源期刊，致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文，已入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊项目。2023年之前免收APC费用，欢迎各位老师踊跃投稿。
投稿请联系：
NanoResearchEnergy@tup.tsinghua.edu.cn.
官方网站:
https://www.sciopen.com/journal/2790-8119
https://blog.sciencenet.cn/blog-3534092-1375379.html
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