Carbon Future

2025 年 第 3 期

正 式 出 版

本期封面图来自中国科学技术大学/安徽师范大学熊宇杰/崔晓峰团队工作。本工作创新性地将具有宽可见光响应的钛氧簇（PTCs）植入带负电的两亲性PVDF超滤膜孔道，成功制备出光催化自清洁复合膜。该膜不仅解决了传统光催化超滤膜“膜污染不可逆、传质效率低、UV辐射不稳定”三大痛点，还在连续流废水处理中实现对阳离子染料的高效去除，为染料废水深度处理提供了简便且通用的新方案。

01 本期内容

Content

Carbon Future 2025年第3期刊发7篇文章，其中1篇综述文章和6篇原创研究论文。内容包括锌空电池催化剂、甲醇电催化氧化、3D打印柔性电容器、光催化水氧化、高效海水氧化催化剂、原位二维X射线衍射成像技术、光催化自清洁复合膜等。所有文章均为开放获取，欢迎点击二维码，或点击文末“阅读原文”免费下载阅读文章。

Review

题目：

Single/dual-metal active-site oxides for rechargeable zinc-air batteries: Fundamental properties, advancements, challenges, and future perspectives

作者：

Yunrui Li, Ping Zhu, Fan Lan, Run Li, Ya Huang, and Rufan Zhang*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200042

本文来自清华大学张如范教授课题组。这篇综述文章系统梳理了用于可充电锌空气电池的单金属活性位点（SMAS）和双金属活性位点（DMAS）氧化物催化剂的研究进展、挑战与未来展望。深度解析SMAS与DMAS特性，阐明SMAS与DMAS各自的优势与局限。并聚焦前沿单相DMAS氧化物，评述了新兴的单相双金属活性位点氧化物对于锌空气电池性能的影响。

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Carbon Future 2025, 2, 9200042

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Research article

题目：

MOF-derived N-doped porous carbon nanorods supporting NiCo@Pt for enhanced electrocatalytic methanol oxidation

作者：

Tong Wang, Shokhrukhbek Askarov, Xun Jiang, Yunqi Yu, Salman Khan, Yaoyuan Zhang, Kangcheng Chen*, Daxin Shi, Qin Wu*, and Hansheng Li*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200048

本文来自北京理工大学黎汉生教授课题组。本研究通过金属有机框架（MOF）衍生技术，构建了负载于氮掺杂多孔碳纳米棒上的NiCo@Pt核壳结构催化剂。该催化剂利用NiCo与Pt的电子协同效应优化Pt的d带中心，显著提升甲醇氧化活性（质量活性达商业Pt/C的2.4倍），并通过NPC载体的限域效应和双功能机制（NiCo提供OH⁺物种氧化CO吸附物）增强抗CO中毒能力与稳定性（稳定电流密度为Pt/C的7.7倍），为高效低铂燃料电池催化剂提供了新策略。

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Research article

题目：

Direct-ink-write 3D printing of flexible all-solid-state micro-supercapacitor based on MXene-hydroxylated nanocellulose-carbon nanotubes

作者：

Xi Zhang, Ze Zhou, Shundong Ge, Xiaohui Tang*, Bowei Zhang*, and Fu-Zhen Xuan*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200049

本文来自华东理工大学轩福贞教授和张博威教授课题组。本研究开发了一种基于单层MXene纳米片的MXene-羟基化纳米纤维素(HNC)-碳纳米管(CNTs)复合油墨(MHC)，并利用DIW 3D打印技术成功制备了一系列高精度、高柔性的MSCs。制备的MSCs器件展现高精度结构与卓越储能特性，单个MSCs拥有高达543 mF•cm^-2的面积电容，27.15 μWh•cm^-2的能量密度和6 mW•cm^-2的功率密度。柔性全固态MSCs器件在机械弯折、串/并联模块集成及长循环充放电测试中均展现出优异性能稳定性，为柔性可穿戴微电子系统提供了可定制化储能模块。

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题目：

Halide perovskites for water oxidation photocatalysis: A first-principles study on transition metals doped CsPbBr₃

作者：

Jie Chen, Wenhao Dong, Xin Hong, Yiqing Wang, Kaini Zhang, and Shaohua Shen*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200050

本文来自西安交通大学沈少华教授团队。光催化水氧化作为水分解制氢、CO₂还原等重要反应的关键步骤，其效率提升一直是科研界关注的焦点。金属卤化物钙钛矿凭借优异的光物理特性，在光催化领域展现出巨大潜力，但效率和稳定性问题始终制约着其发展。本研究通过第一性原理计算，对卤化物钙钛矿的光催化水氧化性能进行了深入探究，为高效催化剂的设计提供了全新思路。

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Research article

题目：

Lattice Cl^- reconstruction in a ternary hydroxychloride pre-electrocatalyst for efficient saline water oxidation

作者：

Mingyang Wei, Jing Wang, Xiaoqing Ma, Yuzhe Cao, Xiaolei Yuan, Lixia Yang*, and Zhao Cai*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200052

本文来自中国地质大学蔡钊教授团队。本文报道了一种兼具高比表面积与抗腐蚀特性的碱式氯化镍铁钴预电催化剂，其表现出优异的海水氧化活性和稳定性。催化过程中碱式氯化物的晶格氯离子发生溶出，致使催化剂比表面积提升35.4%，在100 mA cm^-2电流密度下仅需369 mV过电势，较镍铁钴水滑石和商用RuO₂催化剂分别降低105 mV和154 mV。原位拉曼分析证实催化过程中电解液氯离子将嵌入催化剂晶格并重构钴-氯键，从而显著增强材料抗腐蚀性能，实现100小时持续稳定电解。

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Research article

题目：

In-operando two-dimensional X-ray imaging of CO₂electrolyzer

作者：

Qiucheng Xu*, Bjørt Óladóttir Joensen, Nishithan C. Kani, Jakub Drnec, Andrea Sartori, Ib Chorkendorff, and Brian Seger*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200053

本文来自洛桑联邦理工学院许秋成博士和丹麦技术大学Brian Seger 教授团队。本研究发展了一种新型原位二维X射线衍射成像技术，实现了在真实工况下对膜电极组件（MEA）整个截面多组分空间分布的实时监测。针对二氧化碳电解体系，发现盐结晶优先形成于流道（channel）区域的气体扩散层内，而非压片（land）区域。该现象主要由流道区域更快的CO₂传质速率和更短的气相扩散路径所驱动。

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Research article

题目：

Implanting titanium-oxo clusters into PVDF membrane matrix for photocatalytic self-cleaning in a continuous flow-through process

作者：

Wensong Duan, Guoliang Wang, Yue Wang, Tingting Guan, Xiaofeng Cui*, and Yujie Xiong*

原文链接：

https://doi.org/10.26599/CF.2025.9200054

本文来自中国科学技术大学/安徽师范大学熊宇杰/崔晓峰教授团队。该研究创新性地将具有宽可见光响应的钛氧簇（PTCs）植入带负电的两亲性PVDF超滤膜孔道，成功制备出光催化自清洁复合膜。该膜不仅解决了传统光催化超滤膜“膜污染不可逆、传质效率低、UV辐射不稳定”三大痛点，还在连续流废水处理中实现对阳离子染料的高效去除，200 分钟内去除率超 85%，而原始膜仅能维持 50 分钟，为染料废水深度处理提供了简便且通用的新方案。

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