摘要:随着全球对可再生能源需求的迅速增长，开发高效、环保的电化学储能技术已成为关键的研究课题。储能装置的性能高度依赖于电极材料的选择与改性，这直接决定了其能量密度、功率密度和循环寿命。然而，传统材料合成与改性方法通常伴随着高能耗、工艺复杂及环境污染等问题。等离子体技术作为一种新兴材料处理技术展示了独特的优势，通过引入氧空位、硫空位等缺陷结构，其可以精准调控材料的电子结构，显著提升导电性和电化学性能。同时，等离子体技术能够在低温下对材料实现快速合成与表面改性，简化传统工艺并有效降低能耗。因此，对等离子体技术在储能材料中的应用进行了系统地总结，重点分析了其在缺陷工程、元素掺杂和表面改性等方面的作用。研究表明，等离子体处理显著提高了材料的导电性、离子扩散能力及循环稳定性，特别是在锂离子电池、钠离子电池和超级电容器等储能装置中的应用，展示了优异的性能提升。此外，等离子体技术能够实现高效的杂质掺杂，确保材料结构的均匀性并增强其电化学活性。尽管等离子体技术在实验室中取得了显著的成果，但大规模应用仍面临设备成本、反应精度控制等挑战。未来的研究应聚焦于工艺优化、成本控制及结合其他先进技术，以推动等离子体技术在储能材料中的产业化应用，助力可再生能源系统的可持续发展。

摘要:锂离子电池作为关键的能量存储装置，在可再生能源和电动汽车等领域中发挥着至关重要的作用。类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs, Zeolitic imidazolate frameworks)是典型的有机框架（MOFs）材料，其可控的孔隙结构和丰富的表面功能性使之成为锂离子电池理想的负极材料之一。综述了ZIFs材料及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用。直接利用类沸石咪唑酯骨架作为锂离子电池负极材料，其多孔结构有利于锂离子的存储和传输，可以显著缓解电极材料在充放电过程中的体积膨胀压力，提高电池的循环寿命和稳定性。通过热处理和化学转化，ZIFs可以转化为衍生物形态，如多孔碳材料、金属氧化物、金属卤化物、金属磷化物及硅复合材料等，这些形态的衍生物不仅保留了ZIFs的结构优势，而且还拥有各自的化学特性，在电池应用方面展现出优异的性能。重点介绍ZIFs金属氧化物和金属卤化物的应用，由于其高理论容量和良好的电化学性能，已成为高能量密度负极材料的有力候选材料。此外，尽管ZIFs及其衍生材料在实际应用中面临一些挑战，如成本较高和制备工艺复杂，但随着研究深入和技术进步，这些问题有望逐步解决。通过优化制备工艺和材料设计，可以进一步提升ZIFs及其衍生材料的电化学性能和实际应用价值。类沸石咪唑酯骨架及其衍生材料在锂离子电池负极材料中的应用前景广阔。

摘要:糖尿病是全球发病率上升最快的慢性病之一，有效监测糖尿病患者的血糖水平对于糖尿病的控制与治疗至关重要。电化学方法作为众多血糖监测技术中的一种，因其简便性、快速响应和高灵敏度而受到青睐。传统的贵金属材料具有独特的物理化学性质，在葡萄糖检测中表现出良好的传感能力，但高昂的成本阻碍了其用作基础电化学传感材料。相较而言，过渡金属在自然界中储备量大、化学性质稳定、制备工艺简单，因此在葡萄糖传感领域中表现出一定的应用潜力，现已成为主流的研究方向。金属有机框架（MOF）是由过渡金属离子和有机配体组成的多孔配位聚合物，其独特的结构多样性、高比表面积和生物相容性，使其在传感器领域中表现出巨大的潜力。特别是，近年来通过对MOF进行调节，如合成双金属MOF、MOF与导电材料相复合等，提高MOF及其复合材料的电化学活性，实现在无酶参与情况下对葡萄糖的电催化氧化，这在无酶传感器的研发中尤为重要。总结了近年来MOF及其复合材料在葡萄糖无酶传感器中的应用，包括单金属MOF、双金属MOF、MOF与金属相复合材料、MOF与碳材料相复合材料等。阐述了MOF及其复合材料检测葡萄糖的机理，讨论了各类MOF基葡萄糖传感器的优缺点。最后，指出了MOF葡萄糖无酶传感器材料存在的问题，同时对MOF在未来葡萄糖无酶传感器中的发展作出了展望。

摘要:随着钠离子电池技术的不断发展，电池的能量密度显著提高，推动了移动电子设备、储能系统和电动汽车等领域的创新。然而，电池的安全性，尤其是高能量密度电池的安全性，成为了亟需解决的问题。近年来，随着储能电站和电动汽车的普及，由电池热失控引发的火灾事件屡见报道，进一步加强了社会对电池安全的关注。电池热失控通常源于电池内部电解质与电极材料的化学反应，尤其是在极端操作条件下，易燃的电解质和电极材料可能发生剧烈的放热反应并释放气体，从而引发电池热失控，导致火灾甚至爆炸。为解决这一安全隐患，研究人员提出了多种改善方案，其中最瞩目的方案之一是采用不可燃液体电解质。为此，磷酸酯类非易燃电解质备受关注，近年来在电池领域中的应用研究取得了显著进展。磷酸酯类电解质不仅具有较高的热稳定性、宽的电化学窗口和较低的蒸气压，而且还在高温条件下展现出良好的安全性，且对电池循环性能的负面影响较小，甚至在某些情况下可提升电池的整体性能。因此，对磷酸酯类非易燃电解质在钠离子电池领域的应用现状进行深入探讨，重点梳理了其在提升电池安全性方面的优势。通过对磷酸酯类非易燃电解质的物理化学性质、电化学性能及其与电极材料的相容性进行详细分析，总结了磷酸酯类电解质在钠离子电池中的作用，并提出了优化电解质组成、改善电解质与电极材料的界面相容性、提高电解质的热稳定性的策略。通过采用磷酸酯类添加剂或结合磷酸酯类非易燃溶剂的方式，能够有效提升钠离子电池的热稳定性，拓宽电池的工作温度范围，为在商业化储能应用中钠离子电池安全性的提升提供重要支持。

摘要:在全球能源日益加剧的背景下，开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生能源成为当务之急。伴随绿色能源的迅猛发展，电化学储能技术中的二次电池，因其在储能领域中具有调节绿色能源电力输出的平稳性和稳定性而备受关注。其中，水系钠离子电池因具有资源丰富、高安全性、高离子电导率及制备工艺简便等优点，正逐渐成为未来储能系统中的重点研究方向。尽管水系钠离子电池的潜在优势显著，但其在实际运用中仍面临着诸多挑战（如循环稳定性不佳、可供选择的电极材料体系比较有限及电池容量较低等），这主要是因电极材料在水溶液中的电化学窗口过窄和化学稳定性不足，限制了电池的使用寿命，从而阻碍了其大规模应用。因此，优化现有电极材料及开发新型材料，成为提升水系钠离子电池性能的关键。简要概述了水系钠离子电池系统的特点，并对其正、负极材料的最新研究进展进行了详细的阐述，如材料的合成方法、结构设计、电化学性能及应用前景。同时，对水系钠离子电池的未来发展方向进行了展望。本研究旨在为新型电极材料的研发及水系钠离子电池技术的加快发展提供理论依据。

摘要:可再生电力驱动的电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）能将CO₂转化为具有经济价值的燃料和化学品，是实现“碳闭环”，达成“碳达峰”和“碳中和”的关键技术。CO₂RR产物之一的甲酸(HCOOH)经济附加值是重要评价因素，以低耗能、高价值而获得学术和产业界的广泛关注。由于p区金属(如锡、铋、铟、和铅)能以高法拉第效率催化CO₂RR而产生HCOOH，因此探究其催化机理和反应活性位点，能够为研发实用型催化剂和优化反应环境提供重要基础支撑。总结了原位观测技术在研究p区金属催化CO₂RR机理和活性位点中的应用，常用的原位观测技术包括拉曼光谱、红外吸收光谱、X射线吸收谱和差分电化学质谱，借助原位观测技术不仅可以分析催化剂表面的化学成键、分子结构、结晶度等信息，还能在电位动态扫描过程中以毫秒的时间分辨对电化学反应产生的气态或易挥发产物，从而进行定性或定量分析。通过原位观测或工况条件下获取的实验数据确认CO₂RR的催化成分，构建反应路径图，为进一步设计高性能、高稳定性的催化剂提供了必要条件。此外，合金化是改良催化剂性能的主要策略之一，简要讨论了p区金属合金化对电子结构、表面性质、催化效果的影响。通过总结原位观测技术对在p区金属催化研究的重要作用，为CO₂RR工程化发展提供坚实基础和创新思路。

摘要:氧还原反应（ORR）在现代能量转换和先进合成技术中扮演着至关重要的角色。对于燃料电池及金属-空气电池而言，ORR在提升能量效率和增强稳定性方面发挥着不可或缺的作用。此外，在绿色合成过氧化氢的过程中，ORR同样发挥着不可替代的作用。然而，ORR的缓慢动力学特性限制了这些技术的发展，因此需要合适的催化剂来调控和加速该反应变得尤为迫切。在众多催化剂中，贵金属催化剂因具有良好的导电性、高的电化学活性和优异的稳定性等优点而展现出较好的ORR性能，但这些催化剂因价格昂贵和地球储量低等限制了大规模应用的可行性。因此，探索和开发非贵金属基ORR催化剂，尤其是通过缺陷工程策略来对非贵金属催化剂的性能进行调控和优化至关重要。在深入阐述ORR机理的基础上，综述了含缺陷的非贵金属催化剂在ORR研究中的最新进展，分别探讨了边缘缺陷、空位、拓扑缺陷等本征缺陷及杂原子掺杂对催化活性的影响。同时，梳理了这些缺陷在促进特定电子转移路径中所起到的关键作用。此外，对单原子催化剂、双原子催化剂及金属氧化物中存在的缺陷在ORR中的应用潜力进行了综述。最后，对ORR催化剂的未来研究方向进行了展望，指出含缺陷非贵金属材料由于独特的结构和组成，在催化ORR中会展现出广阔的应用前景。

摘要:氢能作为一种清洁能源，具有解决环境污染和能源短缺问题的巨大潜力。电催化水分解是一种可持续的制氢技术，因其高效性和环境友好性而备受关注。然而，水分解过程中析氧反应(Oxygen evolution reaction, OER)动力学迟缓，通常成为限制整体水分解速率的瓶颈。因此，开发高效的OER催化剂是提高水分解效率的关键。过渡金属基层状双氢氧化物（Layered double hydroxides, LDH）材料，因其丰富的活性金属位点和可调的结构特性，在电催化水分解领域中展现出巨大潜力。研究表明，通过优化和修饰LDH结构，可以显著增强其在OER中的催化效能和稳定性。镍、钴、铁过渡金属基材料，因具有丰富的活性位点、高表面积和优异的电子传输特性，在水分解过程中表现出独特的优势。采用钨酸硼（BWO）阴离子插层的方法，诱导NiFe LDH发生不可逆的晶格畸变，从而提升其OER活性。D-NiFe LDH材料在10 mA?cm^-2电流密度下的过电势为209 mV，在500 mA?cm^-2电流密度下过电势为276 mV。此外，通过构建异质结构调节活性位点的电子结构，可进一步提高电催化性能。S掺杂的Co₃Se₄/Fe₃Se₄（S-Co₃Se₄/Fe₃Se₄）由CoFe-LDH纳米线-纳米片阵列构成，硫的掺杂不仅优化了电子结构，还增加了活性位点的数量。S-Co₃Se₄/Fe₃Se₄在1.0 mol?L^-1的KOH溶液中表现出优异的OER性能，在100 mA?cm^-2的电流密度下过电势为255 mV，且稳定性良好。采用不同修饰方法，LDH材料的电催化性能均可得到显著提升，为实现高效、低成本的电催化水分解技术提供了新的可能性。

摘要:随着环境污染和能源危机的日益严重，寻找清洁、高效、可持续的能源已成为一个紧迫的问题。近年来，氢能作为一种高能量密度的绿色能源备受瞩目。电解水技术因具有操作简单、效率高、环境污染小等优点，成为最引人关注的大规模制氢的方法。然而，电解水技术面临反应过电位高和反应动力学缓慢的问题，降低电解水反应所需电压是实现高效制氢的关键。贵金属（如铂、铱、钌等）作为阴阳两极的基准催化剂，在电解水过程中表现出优异的催化性能，但其稀缺性和高成本严重阻碍了电解水的工业化发展。因此，开发高效、廉价且储量丰富的非贵金属基阴阳两极催化剂，对电解水技术的发展具有重要意义。层状双金属氢氧化物（LDH）是具有层状结构的新型无机功能材料，因其具有组成易调节、制备难度低、反应表面较大等优点，在电催化分解水中发挥了重要的作用。然而，LDH也存在稳定性差、层状结构易卷曲及电催化反应机理不清等问题。为解决上述问题，对LDH的层状结构和电解水的机理进行了总结，重点探讨了LDH的改性方法，包括元素掺杂、构建异质结构和杂化工程等，同时阐述了改性方法在电解水中的应用。最后，对电解水催化剂未来的发展方向进行了展望。

摘要:硅（Si）材料因高的理论比容量（4 200 mAh?g^-1）和优异的嵌锂容量，被广泛认为是下一代锂离子电池最具有潜力的负极材料。近年来，各种纳米和微米尺度的硅材料被设计和合成，如纳米硅线、空心球等。相比于昂贵的纳米硅材料，微米硅材料因容量高和成本低，逐渐成为锂离子电池负极材料的重要研究方向。然而，微米硅负极材料在脱嵌锂的过程中存在严重的体积膨胀和粉化问题，导致其首次库伦效率低，循环稳定性差。为此，采用两次酸刻蚀法和原位聚合反应，以微米铝硅合金球为原料，制备了氮掺杂碳层包覆的椭球状多孔微米硅（CPSi@C_N）复合材料。结果表明，CPSi@C_N的多孔结构有效缓解了硅在循环中的体积膨胀，促进了离子传输。说明，表面纳米碳层能调控CPSi@C_N复合材料的体积膨胀，减少副反应，从而提高了循环稳定性。同时，氮元素的掺杂进一步提升了碳层的离子传输性能和导电性，增加了活性位点。作为锂离子电池负极材料CPSi@C_N，其在2.4 mg?cm^-2的负载量和1.0 A?g^-1的电流密度下循环100次，比容量仍保持为705.16 mAh?g^-1、首次库伦效率达到80%，在5.0 A?g^-1的电流密度下比容量为429.97 mAh?g^-1，当恢复至小电流0.2 A?g^-1时容量恢复率达92%。表明，所制备的CPSi@C_N负极材料，具有高的首次库伦效率、优良的倍率性能和循环稳定性，在电动汽车和储能设备等领域的应用前景广阔。

摘要:锂硫电池（LSBs）以1 675 mAh?g^-1的高理论比容量和2 600 Wh?kg^-1的高理论能量密度，被视为未来储能体系的有力竞争者。然而，LSBs在充放电过程中所产生的穿梭效应，导致多硫化物（LiPSs）在电解液中溶解和正极活性物质损失，从而引发容量衰减，严重限制了其实际应用。因此，设计具有高效催化活性的材料，以限制LiPSs扩散并加速其氧化还原反应动力学，被认为是解决上述问题的关键途径。虽然生物小分子催化剂具有优异的氧化还原特性，但在传统电解液中的高溶解性却限制了其循环稳定性。以金属团簇作为中心和有机配体作为连接单元所组成的金属-有机框架材料（MOFs），具有比表面积大、孔隙率高、孔结构高度有序、结构可调和可设计性等优势，通过分子工程设计有望在其纳米空间中实现对有机小分子催化剂的固定和精确调控。为此，基于仿生催化理念，设计了一种新型MOF（UiO-TECP），即将生物还原剂三(2-羧乙基)膦（TCEP）通过纳米限域策略固定于MOF孔道内，制备高效硫载体材料。其中，MOFs的有序孔道结构通过纳米限域作用来抑制LiPSs的扩散，而孔内固定的TECP能够有效促进二硫键的断裂，加速LiPSs的转化反应。电化学测试结果表明，基于S/UiO-TECP正极的LSBs在1 C电流密度下实现了841.6 mAh?g^-1的初始放电比容量，并在500圈循环中保持极低的容量衰减率（每圈0.06%）。通过将仿生催化与MOF结构设计相结合，显著提升了LSBs的循环性能和动力学特性，为开发新型多功能硫载体材料提供了重要理论支撑与实践指导。

摘要:开发高能量密度的锂电池是满足先进储能系统需求日益增长的关键。锂金属电池因理论比容量高而备受关注，但不均匀的锂离子通量和锂枝晶等问题限制了其进一步应用。因此，采用氟化金属-有机框架材料（Metal-organic frameworks，MOFs）修饰聚丙烯（Polypropylene，PP）隔膜的新策略来克服上述挑战。通过合成氟化金属-有机框架材料，并将其涂覆在PP隔膜表面，成功制备出基于氟化金属-有机框架材料的功能化隔膜（MOF-4F@PP）。MOF-4F的电负性纳米孔道和均一多孔结构可限制溶液中阴离子的移动，并加速锂离子的传输。实验结果表明，相比于未改性的PP隔膜，MOF-4F@PP隔膜具有优异的电解液润湿性、高的离子电导率（0.96 mS·cm^-1）和锂离子迁移数（0.62）。所以，MOF-4F@PP隔膜能实现更均匀的锂离子通量，形成更稳定的界面层，有效抑制锂枝晶的生长。电化学性能研究进一步表明，使用MOF-4F@PP隔膜组装的Li//Cu和Li//Li电池的循环寿命显著提升，实现了超过1 000 h的循环。MOF-4F@PP隔膜在锂沉积/剥离过程中展现出优异的稳定性，为锂金属电池的长期运行提供了可靠的保障。此外，采用MOF-4F@PP隔膜组装的Li//LiFePO₄电池也呈现出优异的倍率和循环性能，在1 C下经过200次循环后放电容量仍高达125 mAh·g^-1。结果表明，氟化金属-有机框架材料的功能化隔膜对调控离子的传输起到了至关重要的作用，为提升锂金属电池性能提供了新的途径和可能性。

摘要:目前，锂离子电池的发展受到能量密度限制，很难开发出能量密度超过300 Wh?kg^-1的锂离子电池，需寻找新的负极材料代替常规的石墨负极。金属锂因具有高的理论比容量（3 860 mAh?g^-1）、低的化学还原电位（-3.04 V vs.RHE）和密度（0.53 g?cm^-3）等优势，成为了下一代锂硫电池和锂空气电池的理想负极材料。但是，锂金属的无宿主性，使锂电池在充放电循环过程中面临着体积膨胀和难以控制的锂枝晶生长的挑战，极大地阻碍了锂金属负极的实际运用。因此，通过构建亲锂性界面以诱导锂金属均匀沉积，是解决上述问题的有效方法。同时，三维结构能够明显降低电池的绝对电流密度，这对于电池在大电流下的稳定循环是有帮助的。通过使用三嗪基有机框架材料（t-COFs）修饰泡沫镍表面作为亲锂界面，并将其作为锂金属负极的宿主来抑制锂枝晶的生长，在电流密度3.0 mA?cm^-2、沉积容量1.0 mAh?cm^-2的条件下，t-COF@NF-Li半电池能够稳定循环400圈，同时还保持着高的平均库伦效率和小的电压极化。另外，t-COF@NF-Li//Li对称电池，在电流密度1.0 mA?cm^-2、沉积容量1.0 mAh?cm^-2的条件下，能够稳定循环600 h，并且保持20 mV的低过电位。结果表明，t-COFs具有优异的电化学性能，说明在泡沫镍骨架上构建亲锂界面以抑制锂枝晶的形成是可行的，该方法对于构建高性能锂金属电池有推进意义。

摘要:锂硫电池（LSBs）因高的理论比容量（1 675 mAh?g^-1）和能量密度（2 567 Wh?kg^-1）及丰富的硫资源，被视为极具发展潜力的新一代储能器件。然而，LSBs在充放电过程中产生的多硫化物穿梭效应、硫及硫化锂的导电性差、硫利用率低等问题，极大地制约了其广泛应用。基于此，采用水浴法合成了具有立方体结构的MnCO₃前驱体，通过煅烧制备了具有丰富孔结构的多孔Mn₂O₃微米立方体，利用引入的氧化石墨烯（GO）和采用二次退火，得到了具有丰富孔结构的多孔Mn₃O₄微米立方体/还原氧化石墨烯（Mn₃O₄/rGO）复合材料，并将其用于修饰改性商用隔膜，以提高锂硫电池的电化学性能。Mn₃O₄/rGO复合材料在锂硫电池隔膜应用中表现出更为优异的电化学性能，在0.1 C下其可逆容量为1 090 mAh?g^-1，即使在1 C的高电流密度下可逆容量仍有877 mAh?g^-1，在1 C下经400次循环后可逆容量仍然保持为422 mAh?g^-1，证明Mn₃O₄/rGO纳米材料具有优异的电化学性能。实验结果表明，内层孔隙丰富的Mn₃O₄微立方体为多硫化锂（LiPSs）的催化转化提供了丰富的活性位点，其与多硫化物之间的强相互作用和优异的催化性能可以极大地削弱多硫化物的穿梭效应，外层相互交联具有高导电率的三维rGO网络为锂离子的穿梭提供了天然的通道，并且从物理层面限制了极性LiPSs的穿梭，两者协同限制了LiPSs的穿梭效应，提高了LSBs的循环稳定性。本研究为解决锂硫电池中多硫化锂的穿梭问题提供了新思路。

摘要:固态电池与传统的锂离子电池和液态电池相比，在提高能量密度和安全性方面具有更大的潜力。然而，现有的固态电解质在提升电导率和克服锂枝晶产生等问题时遇到不少挑战。为解决此问题，选用MIL-101(Cr)的金属-有机框架材料（Metal-organic framework，MOF）作为主体材料，将高电导率的有机单体1,3-二氧戊环（DOL）负载在MIL-101(Cr)上，设计制备了一种新型固态电解质。该方法不仅解决了DOL电化学稳定性差的问题，还充分利用了MIL-101(Cr)富含不饱和金属位点的特点，限制了阴离子的自由移动，加速了锂离子的解离过程，从而提升锂离子迁移数。结果表明，MIL-101(Cr)@DOL材料表现出优异的离子电导率（0.92 mS?cm^-1），稳定的电化学窗口（4.65 V）和较高的锂离子迁移数（0.57）。此外，使用MIL-101(Cr)@DOL材料组装的Li//LiFePO₄电池也表现出了优异的倍率和循环性能，在0.2 C下经过140次循环后放电比容量仍然维持在128.9 mAh?g^-1，容量保持率达到82.9%。将有机单体DOL负载在MIL-101(Cr)上合成的新型固态电解质的方法，对于开发新型的固态电解质材料和寻找新的离子传导机制起到了启发的作用，为提升锂金属电池性能提供了新的途径和可能性。

摘要:为了解决掺杂碳材料中磷含量低的问题，以红磷为模板和磷源，采用等离子体增强化学气相沉积法一步合成高含量磷/硫（P/S）共掺杂碳网络材料（PSCN），并将其应用于钾离子电池。实验结果表明，P/S高含量（质量分数为31.11%）PSCN为碗状的碳网络结构，其具有碳间距大、缺陷程度高、比表面积大、微孔丰富和热稳定性好等特点。将PSCN作为钾离子电池负极时，在电流密度100 mA?g^-1下可逆容量达到557.1 mAh?g^-1，在电流密度5 A?g^-1下可逆放电容量为140.3 mAh?g^-1，经1 000圈循环后容量仍有137.4 mAh?g^-1，容量保持率为69.5%，表现出优异的倍率和循环性能。而磷掺杂碳材料（PC），在电流密度100 mA?g^-1下的可逆容量为457.3 mAh?g^-1，在5 A?g^-1下经1 000圈循环后容量仅有62.8 mAh?g^-1，容量保持率较差为43.4%。PSCN的碗状结构有利于电解液的浸润，而其中的细小纤维可以很大程度地抑制K⁺在嵌入/脱嵌过程中所引起的体积膨胀，从而有效地提升了钾离子电池的倍率和循环性能。此外，高含量P/S共掺杂还可以增加PSCN的活性位点，促进储钾动力学和提高离子传输能力，进而有效提升倍率性能、赝电容占比和K⁺的扩散系数，降低反应电阻。本研究为发展钾离子电池负极材料的制备工艺提供了参考，起到理论支持作用。