温馨提示：本推文包含15篇文献，预计阅读时间约15min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。1. Angew. Chem. Int. Ed.：侧链工程实现锂离子电池高可加工性COF凝胶电解质
尽管具有类石墨烯结构的共价有机骨架（COFs）具有独特的化学和物理性质，但它们本质上是不溶不熔的结晶粉末，加工性差，阻碍了其进一步的实际应用。如何提高COF材料的加工性能是该领域的一大挑战。这里，我们提出了一种通用的侧链工程策略来构建具有高可加工性的凝胶态COF。该方法利用大而软的支链烷基侧链作为内增塑剂实现COF的凝胶化，系统研究了侧链长度对COF凝胶形成的影响。得益于其可加工性和柔韧性，这种新型 COF 凝胶可以轻松加工成具有特定锐度和厚度的凝胶型电解质，进一步应用于组装具有高循环稳定性的锂离子电池。https://doi.org/10.1002/anie.2021106952. J. Am. Chem. Soc.：空间效应调节离子溶剂化使高压锂金属电池稳定循环1,2-二甲氧基乙烷（DME）是锂金属电池常用的电解质溶剂。各种基于 DME 的电解质设计提高了高压全电池的长期循环性能。然而，锂负极库仑效率不足和高压稳定性差仍然是 DME 电解质面临的挑战。在这里，我们报告了一种分子设计原理，该原理利用空间位阻效应来调整锂离子的溶剂化结构。我们假设通过用更大尺寸的乙氧基取代 DME 上的甲氧基，所得的 1,2-二乙氧基乙烷 (DEE) 应该具有较弱的溶剂化能力，因此具有更多富含阴离子的内溶剂化壳，这两者都增强了正极和负极界面稳定性。实验和计算证据表明，这种基于空间效应的设计显着提高了双（氟磺酰基）亚胺锂 (LiFSI)/DEE 电解质的电化学稳定性。在 4.8 mAh cm–2 NMC811、50 μm 薄锂和 4.4 V 高截止电压的全电池条件下，4 M LiFSI/DEE 可实现 182 次循环直至容量保持率为 80%，而 4 M LiFSI/DME 仅实现了 94 次循环.这项工作为用于实际高压锂金属电池的非氟化醚基电解质溶剂的分子设计指明了一条有前途的途径。https://doi.org/10.1021/jacs.1c090063. Adv. Energ. Mater.：选择性阴离子氧化还原和抑制结构无序化使高能量和长寿命富锂层状氧化物正极成为可能尽管高能量密度，富锂层状氧化物由于过渡金属离子向锂层的迁移而导致低容量和持续的电压衰减。一旦阴离子参与氧化还原反应，阳离子迁移通过脱除金属中的氧来稳定氧化后的氧离子。因此，在大多数富锂的层状氧化物中，结构无序被认为是不可避免的。本文提出了一种具有高度结构和电化学稳定性的镁取代富锂层状氧化物Li1.2Mg0.2Ru0.6O2。虽然同时使用阳离子和阴离子氧化还原反应，但在Li1.2-xMg0.2Ru0.6O2中，Ru的迁移在热力学上是不利的，这是因为选择性地氧化了氧离子，抑制了结构无序，并在层状框架内形成了短的Ru=O键，从而有效地解离了被氧化的氧离子。Li1.2Mg0.2Ru0.6O2中的Ru迁移在热力学上是不利的。Li1.2Mg0.2Ru0.6O2具有前所未有的结构稳定性，不仅具有964Wh kg−1的高能量密度，而且具有优异的倍率性能和循环性能。这些发现证明了这一实用策略对于稳定富锂层状氧化物的潜力，即使在长循环的情况下也是如此。https://doi.org/10.1002/aenm.2021023114. Adv. Energ. Mater.：揭示用于高性能固体氧化物电池的 Sr2Fe1+xMo1-xO6-δ 电催化剂的增强动力学Sr2FeMoO6-σ 双钙钛矿的性能可以通过优化 Fe/Mo 的比例来显着提高，从而作为一种有前途的固体氧化物燃料/电解电池电极材料。然而，Sr2FeMoO6-σ 迟缓电催化反应动力学的改善的内在起源仍然存在疑问。在此，通过用 Fe 离子部分置换 Mo 来研究它们的电子结构。随着 Sr2Fe1+xMo1–xO6–δ 中 Fe 含量的增加，其氧化态增加，这增强了金属-氧杂化并将O p 轨道带能量转移到费米能级。这些电子和结构变化降低了 O 空位的形成和迁移能，这反过来又促进了更多氧空位缺陷和 O 离子传输的形成，促进了分析物与活性 B 位点过渡金属以及催化反应动力学。因此，采用优化的Sr2Fe1.5Mo0.5O6-σ电极在800°C运行的固体氧化物电池，以H2为燃料的功率密度为1.24W cm−2，1.5V时的CO2电解电流密度为1.5 A cm−2，可与目前最先进的镍基催化剂相媲美。这一发现为提高Fe掺杂对Sr2Fe1.5Mo0.5O6-σ 系列材料反应动力学增强的原因提供了新的认识。https://doi.org/10.1002/aenm.2021028455. Adv. Energ. Mater.：两性离子非晶态共轭微/介孔聚合物组装纳米柱作为锂硫电池高效硫电催化剂的设计锂硫（Li-S）电池的工业应用受到缓慢的氧化还原动力学和多硫化锂（LiPSs）的穿梭效应的严重阻碍。本研究通过合理设计方酸与1,3,5-三（4-氨基苯基）苯的有机缩合反应，开发了一种新型共轭微/介孔聚合物（ST-CMP），该聚合物均匀包覆在碳纳米管（CNT）可作为锂硫电池的高效硫电催化剂。在该复合材料中，交联碳纳米管导电网络显著改善了活性材料的电子转移和反应动力学。此外，ST-CMP组装的纳米柱可防止ST-CMP的重新堆积或聚集，有利于暴露ST-CMP上的活性位点以实现高效的LiPSs化学相互作用。ST-CMP中丰富的聚合物两性离子，具有均匀分布的正极化N原子和负极化O原子，不仅可以全面调节LiPSs吸附，同时还可以加速LiPSs催化转化，提供令人钦佩的氧化还原反应动力学。利用这些优点，获得了S/ST-CMP@CNT复合材料的初始比容量高达1307 mAh g−1在0.2℃下，在1℃下500次循环后，每循环的超低容量衰减率为0.047%，显示出发展锂离子电池的巨大潜力它的电池性能良好。https://doi.org/10.1002/aenm.2021701566. Adv. Energ. Mater.：从活性材料到电池：确定性能指标和支持应用相关级别开发的简单工具大规模电化学储能被认为是实现可持续能源经济的关键步骤之一。全世界的科学界和工业界正在对各种方法进行深入研究，以改进现有的电池概念或将新概念转化为应用。材料和电极的开发是这一过程中必不可少的一步。然而，由于特殊电极和电池概念通常在实验室规模上使用，因此，在实际应用方面，评估已实现的性能参数以及在该技术水平上比较不同的研究具有挑战性。在目前的工作中，提供了一个简单的计算工具（Ragone calculator），用于基于电极上的电化学测量来估计整个电池水平上的性能数据。Ragone calculator的应用简化了不同研究的可比性，并允许对报告的绩效数据进行适当分类。此外，将结果外推到电池水平可以在早期阶段评估开发是否面向目标或需要朝哪个方向推进。https://doi.org/10.1002/aenm.2021026477. Adv. Funct. Mater.：由浓混合水电解液形成的致密阴离子钝化层稳定高可逆锌金属阳极金属锌被认为是一种很有前途的水性锌离子电池负极材料。然而，在电镀/剥离过程中，它受到枝晶生长、腐蚀和低库仑效率（CE）的影响。本文报道了一种用于克服锌阳极所面临挑战的浓缩混合（4M Zn(CF3SO3)2+2 M LiClO4）水电解质（CHAE）。所研制的电解液实现了无枝晶镀锌/剥锌，获得了优良的电化学性能≈100%，超过先前报告的值。基于同步加速器的透射X射线显微镜、X射线衍射和非现场X射线光电子能谱分析表明，使用CHAE形成的阴离子衍生钝化层有助于均匀的电流分布，并且比由稀混合水电解质（DHAE）形成的更松散的溶剂衍生钝化层更好地防止新沉积的锌直接接触电解质。CHAE对致密、致密和稳定的盐阴离子衍生钝化层的有益作用可归因于其独特的溶剂化结构，其抑制了与水相关的副反应并拓宽了电化学电位窗口。在混合Zn | | LiFePO4配置中，基于CHAE的电池在285次循环后提供了稳定的性能，CE>99%，容量保持率>90%。相比之下，基于DHAE的电池在170次循环后的容量保持率<65%。https://doi.org/10.1002/adfm.2021039598. Adv. Funct. Mater.：在膜流动电池中分子分散的酞菁钴介导选择性和持久的CO2还原高速电化学CO2转化为碳中和提供了一个有利的策略。分子催化剂，特别是那些具有孤立金属活性中心的催化剂，由于其高选择性和优异的本能活性而被认为是高效的CO2到CO电催化剂；然而，在工业电流密度下的可控放大合成和持久利用仍然是一个挑战。在这里，本文开发了一种分子分散的酞菁钴负载在碳纳米管上，用于大电流长期CO2电解。所得催化剂具有高CO选择性，最大法拉第效率为97%，在流动电池中电流密度为−200 mA cm-2，TOF为83.9 s−1，这是最好的CO选择性电催化剂之一。通过一系列的浸渍加载实验，研究了分子的分散或聚集过程。此外，在放大MEA配置中，在0.25 A的电流下可实现38.5 h的选择性和持久电解。随后的表征表明，耐久性与CoPc的分散性密切相关。本研究为使用分子分散酞菁电催化剂催化商业规模的生产提供了机遇。https://doi.org/10.1002/adfm.2021073019. Adv. Funct. Mater.：具有抗氧化性的固体电解质为所有固态锂/硫电池提供了一种高容量的锂硫电池正极固体电解质（SEs）的电化学窗口在设计高能量密度全固态电池（ASSB）中的活性材料-SE界面方面起着至关重要的作用。然而，由于SEs的电化学窗口被高估，因此尚未研究单个活性材料的合适电化学窗口。在本研究中，测定了几种SE的氧化起始电压（OOV），即与作为大容量正极材料的Li2S相容的SE。结果表明，低OOV的SEs降低了相应ASSB的容量并增加了界面阻力。SEs的OOV必须比Li2S的OOV高出0.2 V以上，才能实现高容量，这反过来又取决于SE离子导电性。因此，具有高Li2S含量的ASSB Li2S正极与赝二元锂氧酸盐结合作为SEs，表现出高OOV和离子电导率，提供了高容量（500 Wh kg−1）。https://doi.org/10.1002/adfm.20210617410. Adv. Energ. Mater.: 用于高效稳定FAPbI3钙钛矿太阳能电池的丙基氯化铵添加剂为了实现基于α相甲脒碘化铅(FAPbI3)的高效钙钛矿太阳能电池(PSC)，通常使用在前体溶液中添加甲基氯化铵(MACl)，主要是因为相稳定性以及晶粒尺寸和结晶度的改善。然而，钙钛矿中MA的不稳定性限制了器件的长期稳定性。在这里，研究者们使用正丙基氯化铵(PACl)被作为MACl的替代品，以获得更稳定和高效的基于FAPbI3的PSC。添加PACl后钙钛矿晶粒尺寸增加。与MA阳离子不同，丙基铵阳离子钝化晶界，而不是由于较大的离子尺寸而被结合到钙钛矿晶格中，从而最大限度地减少了带隙的变化。载流子寿命显着增加了五倍以上，从 405到 2110 ns，PACl添加剂具有可忽略的陷阱介导的复合，而MACl添加剂仅观察到四倍的载流子寿命。结果，通过20 mol%的PACl添加剂实现了超过22.2% 的功率转换效率，这是无MA和无Br PSC中效率最高的一种。此外，由于在块状钙钛矿上原位形成的阻挡层，PACl对水分的稳定性比MACl好得多。https://doi.org/10.1002/aenm.20210253811. Adv. Energ. Mater.：卤化物钙钛矿层和太阳能电池中电和光瞬变的一致解释瞬态光致发光 (TPL) 和瞬态光电压 (TPV) 测量是研究卤化物-钙钛矿光伏领域中复合动力学和电荷载流子寿命的重要且经常应用的方法。然而，大信号 TPL 和小信号 TPV 衰减时间的相关性通常很差，并且相差几个数量级。为了对两种方法之间的差异和相似之处进行定量了解，研究者们使用样品类型（薄膜与器件）、大信号与小信号分析以及检测模式（电压与发光）差异的影响分析和数值模型与实验数据进行了比较。实现描述这两种方法的一致框架的主要解决方案是计算与电压或载流子密度相关的衰减时间，该衰减时间可以解释为电容区域、缺陷辅助复合主导的区域和由缺陷辅助复合主导的区域高阶复合（辐射和俄歇）。实验表明，在高效的甲基铵碘化铅太阳能电池中，TPL 和 TPV 可以一致地测量有效单分子寿命≈2 µs。此外，衰减时间相对于电压或载流子密度的形状遵循从微分方程的隐式和显式解得出的预测。https://doi.org/10.1002/aenm.20210229012. Adv. Energ. Mater.：用于高性能纹理单片串联太阳能电池的链接氧化镍/钙钛矿界面钝化溅射氧化镍 (NiOx) 是一种有吸引力的空穴传输层，可用于高效、稳定和大面积的 p-i-n 金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)。然而，NiOx/钙钛矿界面处的表面陷阱和不良化学反应限制了NiOx基PSC的性能。为了同时解决这些问题，报道了一种使用有机金属染料分子 (N719)的有效NiOx/钙钛矿界面钝化策略。该分子同时钝化 NiOx 和钙钛矿表面陷阱，并促进电荷传输。因此，单结 p-i-n PSC的功率转换效率(PCE)从17.3%增加到20.4%（基于溅射 NiOx的PSC的最高报告值）。值得注意的是，N719分子自锚定并保形覆盖沉积在复杂表面上的NiOx薄膜。这使得高效的纹理化单片p-i-n钙钛矿/硅串联太阳能电池成为可能，PCEs高达26.2%（没有染料钝化时为 23.5%），并且具有高加工产率。N719层还形成了一个屏障，可防止在 NiOx/钙钛矿界面发生不良化学反应，从而显着提高器件稳定性。这些发现为改进NiOx/钙钛矿界面的钝化以及制造高效、坚固和大面积的基于钙钛矿的光电器件提供了重要见解。https://doi.org/10.1002/aenm.20217016013. Adv. Funct. Mater.：FAPbI3钙钛矿太阳能电池结晶和缺陷共钝化的协同共调已证实提高结晶度、钝化晶界和界面缺陷对于提高钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的功率转换效率 (PCE) 和稳定性至关重要。在此，研究者们提出了一种协同共调和共钝化策略，以同时提高结晶度并钝化基于 FAPbI3 的 PSC 的晶界和表面缺陷。前体溶液中添加的 4-氟-苯乙基碘化铵 (4-F-PEAI) 和抗溶剂中添加的聚 (9-乙烯基咔唑) (PVK) 可以共同调节 FAPbI3 薄膜的结晶。在 FAPbI3 晶界处自发形成的 4-F-PEAI 衍生的 2D 钙钛矿可以有效地钝化缺陷。同时，留在 FAPbI3 层顶部的 PVK 可以钝化表面缺陷，同时充当 FAPbI3 和空穴传输层（HTL）之间的界面阻挡层，以减轻有害的界面电荷复合。凭借增强的结晶度、减少的缺陷和陷阱位点以及减轻非辐射复合和抑制离子迁移的整体优势，所得改性 PSC 实现了高达 21.6% 的令人鼓舞的 PCE。此外，该策略使设备在连续光照下具有显着增强的操作稳定性，在连续光照 800 小时后，初始 PCE 的 84% 以上保持不变。
https://doi.org/10.1002/adfm.20210856714. Adv. Funct. Mater.：基于苝基共轭聚合物赋予钙钛矿太阳能电池85°C 的耐久性：气体渗透的控制 高效太阳能电池中的有机-无机杂化钙钛矿在高温下容易降解，尤其是在存在水分的情况下。报道了一种空穴传输共轭共聚物（缩写为 p-NP-E）具有交替的 N 环化苝和 3,4-亚乙基二氧噻吩骨架，通过控制气体渗透和钙钛矿分解来实现热稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）。p-NP-E可以通过Pd催化的直接芳基化缩聚方便地制备。与基于最先进聚合物p的对照相比，含有非挥发性 4-叔丁基吡啶鎓双（三氟甲磺酰基）酰亚胺的空气掺杂p-NP-E复合膜具有更高的空穴迁移率和改进的导电性-TAA，导致更高效的PSC。更重要的是，基于p-NP-E的空穴传输层不仅在形态上更耐热，而且还具有较低的溶解系数和扩散系数，包括环境水分子和来自热分解的 CH3I 和 CH3NH2 等气态产物，从而能够制造效率为 21.7%、85°C下耐用的太阳能电池。https://doi.org/10.1002/adfm.20210885515. Adv. Funct. Mater.：基于CsPbI3钙钛矿量子点的电致发光太阳能电池全无机 CsPbX3（X = Cl、Br、I 或混合卤化物）钙钛矿量子点 (QD) 表现出可调光学带隙和窄发射峰，这在光伏 (PV) 和发光领域引起了全世界的关注二极管（LED）。在此，研究者们报道了一项发现，即CsPbI3钙钛矿 QD 太阳能电池可以同时提供高 PV 性能和强电致发光。具体而言，多功能 CsPbI3 QD 薄膜是通过使用定制的有机配体亚磷酸三苯酯 (TPPI) 的简单而有效的固态配体交换过程制造的。在这里使用 TPPI 的 QD 表面处理的功能被证明是双重的，平衡载流子传输和有效钝化 QD 表面以产生导电和发射 QD 薄膜。CsPbI3 钙钛矿 QD 太阳能电池提供了 15.21% 的最高效率，并具有改进的开路电压和高填充因子。CsPbI3 钙钛矿 QD 太阳能电池同时用作红色 LED，输出电能到光转换效率接近 4%，这是 QD 电致发光 PV 的创纪录值。这里的结果表明，这些多功能钙钛矿量子点可能是制造多功能光电器件的有希望的候选者。https://doi.org/10.1002/adfm.202108615更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入后台自主查询。 科研绘图交流群，请添加微信：17857127498
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