CRPS携手Joule：能源研究论文精选

Cell Reports Physical Science是Cell Press细胞出版社旗下一本高定位的开放获取期刊，致力于报道包括能源领域在内的高质量物质科学研究成果→了解详情。

Cell Reports Physical Science与同属能源领域的Cell Press旗舰期刊Joule有着密切的联系与合作。在此，两刊编辑联手精选了近期发表的能源领域多篇具有较高影响力的研究论文，内容涵盖催化、电池和光伏技术等多个前沿方向。

Cell Press微信公众号特将这6篇论文的摘要部分翻译成中文，与大家分享（识别下图中的二维码阅读论文）。

催化研究

受生物启发的钴催化剂可从有氧中性水溶液中通过自然光驱动制备氢气

异轴钴配合物以其耐氧光催化制氢活性而闻名，它主要被应用于有机溶剂中。在本文中，外围碱性基团的可变组合被明确固定在现有复杂结构周围，以生成酶激发的最小外部配位球（OCS）支架。这种催化剂的设计思路引发了一系列水溶性的、升级的咪唑连接钴肟配合物的制备。边缘质子功能性的存在确保了动态的和水介导的质子继电器的形成。这种附加的质子继电器使我们能够在纯水条件下探测与咪唑连接的钴肟配合物。在与有机介质中相对温和的性能相比，它在中性水溶液中表现出优异的电催化（TOF为4900 s^-1）和光催化（TON为12000）制氢性能。该催化剂在有氧水溶液中，即使是在自然阳光（Gandhinagar的晴天）条件下，也能保持其活性（TON为22），从而强调了OCS特性对于生产强效，可在自然条件下使用的合成催化剂的重要性。相关结果发表在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。

一种基于电化学Haber-Bosch法制氨

通过Haber-Bosch（HB）工艺生产的化学品：氨，在这个过程中造成的能源消耗和二氧化碳排放方面在全球范围来说是占据很大比重的。在合成氨的装置中，通过蒸汽-甲烷重整（SMR）和水煤气变换（WGS）产生氢气，然后通过提纯，在高压下合成氨。基于此，荷兰埃因霍芬市基础能源研究所化学工程师Vasileios Kyriakou的团队提出并设计了一种将这些步骤集成到一个在常压下运行的BaZrO3基质子陶瓷膜反应器（PCMR）的方法。在镍基复合电极上发生析氢反应，而VN-Fe是氨合成电催化剂。从重整室中提取氢气可以提高甲烷的热力学极限转化率，而其中有5% - 14%的质子转化为氨。电化学Haber-Bosch法是将这种PCMR与质子陶瓷燃料电池相结合，利用反应副产物氢来回收电能并从周围空气中分离氮气。与传统的技术相比，该技术需要消耗的能源更少，且释放的二氧化碳也更少，这为可持续分散的应用带来希望。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Joule上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。

电池研究

固态锂金属电池中压力驱动的界面演变

由于锂金属（Li）和固体电解质（SEs）之间复杂的界面接触条件，固态电池的发展遇到了许多问题。最近相关实验表明，利用外加压力（堆叠压力）可以有效改善这些问题。在本文中，劳伦斯伯克利国家实验室的研究团队提出了一个多尺度三维时间相关的接触模型，用以描述在外加压力下Li-Se界面的变化规律。模拟从Li和SEs的表面粗糙度、Li的弹塑性、Li蠕变以及Li金属的沉积/剥离过程等几个方面考虑。两个不同课题组的最新实验之间的一致性表明，在这些实验中使用的锂金属的有效屈服强度为16 ± 2 MPa基于此，研究人员认为优选的外加压力至少要达到20 MPa，以在减小孔隙体积的同时保持较小的界面阻抗。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Cell Reports Physical Science上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。

基于固态电解质的高能量密度液态锂-硫和锂-硒电池

锂-硫（Li-S）和锂-硒（Li-Se）电池具有高能量密度和低成本优势，被认为是下一代电池技术发展和研究的热点。然而，由于采用了固态锂金属和液态有机电解质，导致当前的Li-S和Li-Se电池在库伦效率和循环稳定性等方面存在着一些问题，这严重阻碍了它们的发展。基于此，斯坦福大学的崔屹教授团队提出并设计了基于固体电解质的高能量密度的液态Li-S（SELL-S）和（SELL-Se）电池。这种电池利用Li 6.4La 3Zr 1.4Ta 0.6O 12 （LLZTO）陶瓷管作为电解质并在高于Li熔点的温度下工作。这种策略有效地防止了多硫化物或多硒化物的穿梭效应和锂枝晶的生长，并且使得该电池同时兼具高能量密度，高稳定性，快速充放电能力，高库伦效率和高能量效率等优点。SELL-S和SELL-Se电池为构建高能量、大功率、长寿命和低成本储能系统提供了更广阔的平台。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Joule上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。

光伏技术

直接测定钙钛矿和硅太阳能电池的总半球发射率

太阳能电池的性能和寿命对其工作温度非常敏感。在诸如光伏发电建筑一体化等应用中，需要精确了解总半球发射率随温度变化的函数关系，以计算总辐射热传递，从而计算出太阳能电池的工作温度。在本文中，悉尼大学的研究团队提出了一种基于Stefan-Boltzmann定律的直接和绝对量热法，用于测定表面的总半球发射率。该方法适用于测量有无封装的硅和钙钛矿太阳能电池的前后总半球发射率。结果表明，封装材料和背面电极的类型对电池的发射率有很大的影响。此外，在这项工作中测定的太阳能电池总半球发射率值明显低于先前测量的光谱发射率值。这些现象表明，在优化辐射冷却以提高太阳能电池效率和使用寿命方面，选择前后材料的重要性。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Cell Reports Physical Science上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。

基于混合受体的高效且机械稳定的超柔性有机太阳能电池

具有高能量转换效率（PCE）和优异机械稳定性的柔性有机太阳能电池（OSCs）被认为是可穿戴电子设备一种很有发展前景的电源。然而，同时实现高能量转换效率和机械稳定性仍然具有挑战性，因为高度结晶或聚集的微结构被认为是实现高效电子器件操作的关键，因而使活性层变得脆性化。在本文中，东京大学Takao Someya教授团队通过利用混合的富勒烯/非富勒烯混合受体实现了3 μm厚，能量转换效率高达13%（认证效率为12.3%）的超柔性OSCs，在经过1000次弯曲循环测试后（弯曲半径为0.5 mm），该电池仍能保留初始效率的97%。此外，尽管超柔性OSCs在大应变的本征拉伸测试条件下无法实现，但它们在压缩-拉伸循环试验中通过形成屈曲装置结构而表现出优异的机械稳定性，在经过1000次压缩-拉伸循环试验后（压缩率为45%，弯曲半径为10 μm），该电池的性能衰减仅为11%。这种方法简单易行，能够将少量的高电子迁移率富勒烯受体引入非富勒烯二元共混物中，以增强电荷传输，改善激子分离，并优化具有更多非晶区域的共混物形态，从而制备出一种效率更优且机械强度高的电子器件。相关结果发表在Cell Press旗下期刊Joule上，长按识别下图中的二维码阅读论文原文。

关于Cell Reports Physical Science

Cell Reports Physical Science是一本高水平定位的开放获取期刊，致力于报道化学、能源、材料和物理等整个物质科学领域的高质量研究成果。文章形式包括Report（短小的原创研究报道），Article（原创研究论文），Reviews （综述）和Preview (亮点评述)。

Cell Reports Physical Science期刊主编Luke Batchelor博士具有丰富的学术出版经验，他于2019年加入Cell Press，目前主持Cell Reports Physical Science的创刊工作。Cell Press 非常重视中国的科学研究发展，也非常重视中国的读者、作者和审稿人的意见。此前，我们特邀请广大读者参与了对这位主编的采访，向他提出大家所关心的问题→查看CRPS主编专访。

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