SCIENCE CHINA Materials最新上线文章（2018.1.16）

Review

Recent advancements in metal organic framework based electrodes for supercapacitors

赵昱颉, 刘金章*, Michael Horn, Nunzio Motta, 胡明俊, 李岩*

金属有机框架材料在超级电容器中的应用研究进展

摘要: 金属有机骨架材料具有结构多样、孔径可调、比表面积大及化学反应活性位点丰富等优点, 因此有望成为广泛应用于电化学储能器件的电极材料, 如锂离子电池、燃料电池及超级电容器等. 近十年来金属有机骨架材料及其衍生物材料引起了广泛的研究与应用. 同时, 金属有机骨架材料及其衍生的纳米材料作为电化学储能器件中的关键电极也受到了广泛的研究. 本文主要综述了近期金属有机骨架材料及其衍生物在超级电容器中的研究进展, 讨论了金属有机骨架材料制备超级电容器电极材料的方法及其在电化学储能领域体现出的优异性能及特殊性质, 同时也总结了近期金属有机骨架材料的衍生物如碳材料、金属材料及复合物在超级电容器中的研究进展, 结果说明金属有机骨架材料在发展新一代超级电容器电极材料领域具有重要的作用. 最后讨论了金属有机骨架材料及其衍生物目前在超级电容器领域存在的问题以及未来可能的发展方向.

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Carbon skeleton doped with Co, N, S and P as efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction

曹佳梅, 冯永强*, 刘宝勇, 李洪光*

掺杂钴、氮、硫、磷的碳骨架作为电化学析氧反应的高效催化剂

摘要: 本文提出了一种制备碱性介质中电化学析氧反应高效催化剂的新方法. 该方法选用一种含钴的碳-氮聚合物网络作为结构模板, 外面包裹一层原位制备的、含硫和磷的超支化交联聚合物. 450°C煅烧2 h后, 获得可用于电化学析氧反应的、内部交联、微观呈现层状结构的催化剂. 该催化剂在1.0 mol L^-1的氢氧化钾水溶液中表现出很好的电化学催化活性和高稳定性. 电子衍射图谱(EDS)和X-射线光电子能谱(XPS)研究表明该催化剂含有痕量钴及其他杂原子, 包括氮、硫、磷, 且证实了能够大幅提高催化活性的Co-N和Co-O活性物质的存在. 将钴替换为铜和镍之后, 催化剂的催化活性大大降低, 表明当前方法对钴基催化剂的制备最为有效. 煅烧过程中所选用的温度对催化剂的催化活性亦有显著影响, 450°C为最优温度. 这些结果表明, 含钴的、杂原子(硫、磷)掺杂的碳氮化物有望成为一类新的电解水催化剂, 以取代贵金属氧化物, 或作为其有益的补充.

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Self-healable wire-shaped supercapacitors with two twisted NiCo₂O₄ coated polyvinyl alcohol hydrogel fibers

贾蕊†, 李腊†, 艾远飞, 杜辉, 张晓东, 陈照军*, 沈国震*

两根NiCo₂O₄涂覆的聚乙烯醇水凝胶纤维构建线状可自愈超级电容器

摘要: 线状超级电容器因其轻量、柔性及可编织性的特点引起了广泛关注. 如何延长超级电容器的使用寿命仍然是当前所面临的一个挑战. 本文报道了一种新型的可拉伸和自愈的线状超级电容器. 首先将两根由海胆状NiCo₂O₄纳米材料包裹的聚乙烯醇/氢氧化钾(PVA/KOH)水凝胶缠绕在一起, 进而形成一个完整的超级电容器. 值得注意的是, PVA水凝胶可以很容易地用一个比较小的拉力(12.51 kPa)实现300%的形变量. 这一结果优于之前报道的以350 kPa的拉力拉到300%应变的聚氨酯. 此外, 该线状超级电容器表现出良好的电化学性能. 在电流密度为0.053 mA cm^-2 时面积比电容为3.88 mF cm^-2, 并且在1000次充放电后仍有88.23%的剩余面积比电容, 显示了良好的循环稳定性. 此外, 在四次切断/自愈后电容保留量仍有82.19%. 这项工作将会为下一代自愈和可穿戴设备提供一种新的设计方案.

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WS₂ nanoplates embedded in graphitic carbon nanotubes with excellent electrochemical performance for lithium and sodium storage

孔德斌†, 邱雄鹰†, 王斌, 肖志昌, 张兴豪, 郭瑞莹, 高扬, 杨全红*, 智林杰*

具有高电化学性能WS₂纳米片嵌石墨化纳米碳管材料(WS₂@G)用于锂离子或钠离子电池储能领域研究

摘要: 本论文通过结构设计及简单方法成功制备一种二维石墨烯-WS₂复合结构, 即WS₂纳米片嵌入石墨烯化中空纳米碳管中(WS₂@G). 这种新的电极结构采用静电纺丝技术和化学气相沉积技术组合的方式, 有利于实现集成化和无粘结剂锂离子或钠离子电池电极材料制备.采用内部的受限生长以及原位的石墨化碳包覆纳米同轴的互贯网络, 得到纳米尺度WS₂片层分散的WS₂@G复合结构, 能够提供有效的导电性和电解液浸润性的网络结构, 同时还能够有效地降低电池在充放电循环过程中导致的体积膨胀效应, 最终实现一种高机械性能、无粘结剂、优异电化学活性的电极在锂离子或钠离子电池储能领域中的应用.

Highlight

Welding molecules into polymeric chains in one fell swoop

Longyu Li, Chenfeng Ke*

Highlight

Surprisingly fast cooling in graphene-based van der Waals stacks

Hailin Peng*, Zhenjun Tan

Highlight

Catch twin nucleation in action at atomic scale

Yuntian Zhu

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