1篇Science, 2篇Nature, 3篇Nature大子刊, 胡良兵教授课题组2021年工作总结
胡良兵，现为美国马里兰大学材料科学与工程系教授。本科毕业于中国科学技术大学，博士毕业于加州大学洛杉矶分校。已在Science, Nature, JACS, Angew, AM等期刊发表论文300余篇，被引用超过53000次，H-Index 121。主要研究领域有能源储存；生物材料（尤其是木质纳米纤维素）基础知识的探索以及在能源、环境、建筑等领域的应用；纳米材料改性、加工以及制备。
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今天，我们盘点一下胡良兵教授课题组在2021年取得的重要研究成果。
1. Nat. Sustain.：从天然竹子中提取的可持续高强度粗纤维
合成纤维如聚酯纤维和碳纤维被广泛用于各种工业。然而，由于它们来源于既不可再生也不可生物降解的石化产品，近年来，天然替代品的发展势头日益强劲。在这里，本文报告了一种自上而下的方法，用于从竹茎中规模化生产纤维素粗纤维，包括温和的脱木质素过程，然后进行空气干燥。提取的纤维由具有强氢键和范德华力的排列紧密的纤维素纳米纤维组成，拉伸强度为1.90±0.32GPa，杨氏模量为91.3±29.7GPa和25.4±4.5 M J m-3的韧性，超过木材纤维，与合成碳类似物相当。由于密度低，比强度高达1.26±0.21GPacm-3 g-1，超过大多数增强组分，如钢丝、合成聚合物和玻璃纤维。寿命周期评估表明，用现有的天然纤维替代结构复合材料中的聚合物和碳纤维，可大幅减少碳排放。本文的工作为更广泛的应用领域（包括汽车、航空和建筑）的可持续发展提供了一条途径。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41893-021-00831-2
2. Science：轻质、坚固、可塑的木材，通过细胞壁工程作为可持续结构材料
木材是一种可持续的结构材料，但在保持其机械性能的同时，它不容易成型。本文报告了一种利用细胞壁工程将硬木平板塑造成多功能三维（3D）结构的加工策略。在分解木材木质素成分并通过蒸发水封闭容器和纤维后，本文在快速水冲击过程中部分重新膨胀木材，选择性地打开容器。这形成了一个独特的起皱细胞壁结构，使材料可以折叠并模制成所需的形状。由此产生的3D模制木材强度是原始木材的六倍，与广泛使用的轻质材料（如铝合金）相当。这种方法拓宽了木材作为结构材料的潜力，降低了对建筑和交通应用的环境影响。
原文链接：
https://doi.org/10.1126/science.abg9556
3. Nat. Sustain.：一种坚固、可生物降解和可回收的木质纤维素生物塑料
生物质衍生的可再生和可生物降解材料是替代不可生物降解石化塑料的有吸引力的候选材料。然而，生物质的机械性能和湿稳定性通常不适合实际应用。在此，本文报告了一种简便的原位木质素再生策略，用于从木质纤维素资源（例如木材）合成高性能生物塑料。在此过程中，天然木材的多孔基质被解构，形成均匀的纤维素-木质素浆体，其特征是再生木质素和纤维素微/纳米纤维之间存在纳米级缠结和氢键。由此得到的木质纤维素生物塑料显示出高机械强度、优异的水稳定性、抗紫外线性和改进的热稳定性。此外，木质纤维素生物塑料具有较低的环境影响，因为它可以在自然环境中轻松回收或安全地生物降解。这种仅涉及绿色和可回收化学品的原位木质素再生策略为生产强力、可生物降解和可持续的木质纤维素生物塑料提供了一条有希望的途径，作为石化塑料的有希望的替代品。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41893-021-00702-w
4. Nature：发展纤维化纤维素作为可持续技术材料
纤维素是地球上含量最丰富的生物聚合物，存在于树木、农作物废弃物和其他生物质中。构成纤维素的纤维可以分解成不同的、可控尺寸的、扩展到纳米级的建筑砌块，称为纤维化纤维素。纤维化纤维素来源于可再生资源，因此其可持续性潜力与其他功能特性（例如机械、光学、热和流体）相结合，赋予了这种纳米材料独特的技术吸引力。在这里，本文探讨了纤维化纤维素在从复合材料和大纤维到薄膜、多孔膜和凝胶等材料制造中的应用。本文讨论了实际开发这些结构的研究方向，以及在纤维化纤维素材料充分发挥其潜力之前需要克服的剩余挑战。最后，本文强调了成功扩大该材料系列制造规模的一些关键问题。
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https://doi.org/10.1038/s41586-020-03167-7
5. Adv. Mater.：原位木质素改性得到光子木材
木质素用作粘合剂，形成木材细胞壁的坚固基质。然而，它有许多不耐光的发色团，产生单调的褐色，使木材容易光降解。本文报道了一种利用过氧化氢和紫外光对木材中天然木质素进行光催化氧化的原位、快速和可扩展的过程来改性木质素的新策略。该反应选择性地消除木质素的生色团，同时保持芳香族骨架完整，从而调节木材的光学性质。由此产生的“光子木材”保留了其原始木质素含量的≈80%，继续用作强粘合剂和防水剂。因此，光子木材在潮湿环境中具有更高的机械强度（拉伸强度高20倍，抗压强度高12倍），显著的可扩展性，与脱木质素方法相比，处理时间大大缩短（1-6.5小时vs 4-14小时）。此外，这种原位木质素改性的木材结构很容易通过光催化氧化过程形成图案。光子木材的光催化生产为大规模制造可持续生物资源功能材料铺平了道路，这些材料的应用范围包括节能建筑、光学管理以及流体、离子、电子和光学设备。
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https://doi.org/10.1002/adma.202001588
6. Small：基于纤维素木质素增强复合材料的坚固、水稳定和可降解秸秆
一次性塑料吸管的巨大消耗带来了长期的环境问题。目前替代塑料吸管的纸吸管存在缺点，例如防水蜡层成本高，并且由于蜡层容易分层，水稳定性差。因此，找到一种高性能的替代品来缓解塑料吸管带来的环境问题至关重要。本文从天然木材中纤维素和木质素的增强原理出发，研制了全天然、可降解、纤维素木质素增强的复合秸秆。纤维素-木质素增强复合秸秆通过卷起由均匀混合的纤维素超细纤维、纤维素纳米纤维和木质素粉末制成的湿膜制成，然后在150°C的烘箱中烘烤。烘烤时，木质素熔化并渗透到微-纳米纤维素网络中，用作多酚粘合剂，以提高所制秸秆的机械强度和疏水性能。与纸制秸秆相比，所获得的秸秆具有以下几个优势：1）优异的机械性能、2）高的水稳定性和3）低成本。此外，纤维素木质素增强复合秸秆的自然降解性使其有望取代塑料秸秆，并为其他石油基塑料提供了可能的替代品。
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https://doi.org/10.1002/smll.202008011
7. ACS Nano：具有纳米通道的可扩展木材水凝胶膜
许多研究致力于探索纳米流体系统的各种应用，包括水净化和能源生产。然而，大规模制造具有可调通道方向和众多纳米通道或纳米孔的坚固纳米流体材料仍然具有挑战性。在这里，本文展示了一种可扩展且经济高效的方法来制造坚固且高导电的纳米流体木材水凝胶膜，其中离子可以在膜上传输。将聚乙烯醇（PVA）/丙烯酸（AA）水凝胶渗透到固有的双峰多孔木材结构中，制备了离子导电轻木木材水凝胶膜。无论是在径向（编码为R方向）还是在纵向（编码为L方向），轻木木材水凝胶膜的强度（52.7 MPa）都是天然轻木的3倍，离子电导率也比天然轻木高2个数量级。在低盐浓度（高达10 mM）下，轻木木材水凝胶膜的离子电导率沿L方向为1.29 mS cm–1，沿R方向为近1 mS cm–1。此外，表面电荷控制的离子传输也使得轻木木材水凝胶膜能够从盐度梯度中获取电能。在1000倍盐浓度梯度下，可获得高达17.65 μA m–2的电流密度和0.56 mW m–2的输出功率密度，通过将AA含量从25 wt%增加到50 wt%，可进一步提高到2.7 mW m–2。这些发现有助于开发可持续木材材料的能量收集系统和其他纳米流体装置。
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https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10117
8. Sci. Adv.：太阳能辅助制造大规模、可图案化透明木材
透明木材被认为是一种很有前途的结构和光管理材料，用于节能工程应用。然而，用于制造透明木材的基于溶液的脱木素工艺通常消耗大量化学品和能源。在这里，本文报告了一种通过使用太阳能辅助化学刷洗方法修改木材木质素结构来生产光学透明木材的方法。这种方法保留了大部分木质素作为粘合剂，为聚合物渗透提供了坚固的木材支架，同时大大减少了化学和能源消耗以及加工时间。获得的透明木材（厚度约1 mm）显示出高透射率（>90%）、高雾度（>60%）以及在可见光波长上的优异导光效果。此外，使用这种方法，本文可以直接在木材表面实现各种图案，这赋予透明木材优异的图案性。这种透明木材结合了其高效、可模式化和可扩展的生产方式，在节能建筑中具有很好的应用前景。
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https://doi.org/10.1126/sciadv.abd7342
9. Energ. Environ. Sci.：使用Janus wood蒸发器实现高盐水的可持续离网脱盐
太阳能热蒸发是一种很有前途的节能海水淡化技术，但太阳能吸收器上的盐积累和系统寿命是阻碍其广泛应用的主要挑战。在这项研究中，本文提出了一种可持续的Janus wood蒸发器，该蒸发器克服了这些挑战，并在高盐度水（最难通过脱盐处理的水源之一）中实现了创纪录的高蒸发效率。Janus wood蒸发器具有不对称的表面润湿性，顶层作为疏水性太阳能吸收器，具有阻水和抗盐性，而底部亲水性木材层允许快速补水和优异的隔热性能。在1 sun下，20%NaCl溶液的蒸发效率达到82.0%，并且在10个周期的长期试验中观察到持久的耐盐性。为确保Janus wood蒸发器对环境的影响，首次进行了生命周期评估（LCA），以将该Janus wood蒸发器与新兴的Janus蒸发器进行比较，表明离网脱盐具有功能性和更可持续的机会。
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https://doi.org/10.1039/D1EE01505B
10. J. Mater. Chem. A：一种仿生、分层多孔结构，具有解耦的流体传输和蒸发通道，可实现高性能蒸发
芦苇是一种快速生长的植物，通过茎叶不断地将水分从根部输送和蒸发到环境中。受这一自然发生过程的启发，本文通过化学脱木素改造天然芦苇的结构，开发了一种具有解耦流体传输和蒸发路径的高性能蒸发器。木质素去除扩大了芦苇多尺度通道的直径，并打开更多的凹坑和纳米孔连接这些对齐通道。通过这种改进的分层多孔结构，快速流体传输主要通过基于毛细管效应的微尺度通道和纳米通道发生，而互连的凹坑和纳米孔使横向传输进入宏观通道，其高比表面积促进高效蒸发。因此，脱木素芦苇表现出14.7 mm s−1的高流体输送速度和46.9 kg m−2h-1的蒸发率，比天然芦苇快160倍和7倍，远高于脱木素木材和商用聚酯。这种基于脱木素芦苇结构的蒸发器设计可潜在地用于广泛的应用，例如蒸发乙醇或杀菌剂以杀死空气中的细菌和病毒，蒸发水以调节室内湿度和温度，甚至产生清洁的水，以及收集蒸发驱动的能量。
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https://doi.org/10.1039/D0TA11385A
11. Small：木质离子电缆
良好的稳定性、生物相容性和高机械强度的结合对于生物相关材料的应用具有吸引力，但在单一离子导电材料中同时实现这些特性仍然具有挑战性。本文报道了一种“木质”离子电缆，由对齐的木质纳米纤维制成，具有生物相容性、高机械强度、高离子导电性和优异稳定性。木质离子电缆具有极好的柔韧性，并具有高达260 MPa（干燥状态）以及≈80 MPa（湿态）的抗拉强度。高度排列的纤维素纳米纤维内的纳米通道以及这些纳米通道表面上的负电荷（源自纤维素羟基）为低盐浓度下的离子调节提供了新的机会。离子调节反过来使木材离子电缆具有独特的纳米流体离子行为。木材离子电缆的钠离子导电率可达≈1.5 × 10−4 S cm−1在低Na+离子浓度（1.0×10−5 mol L-1） ，比相同浓度下的大块NaCl溶液高一个数量级。可扩展、生物相容的木质离子电缆为潜在的离子调节应用提供了新颖的离子装置设计。
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https://doi.org/10.1002/smll.202008200
12. ACS Nano：微波加热可扩展合成高熵合金纳米粒子
据报道，高熵合金纳米颗粒（HEA NPs）在催化、储能和转化方面具有优异的性能，这是因为这些材料中含有多种元素，能够实现可调活性、优异的热稳定性和化学稳定性以及协同催化效应。然而，由于通常涉及高温的关键合成条件，有效地扩大具有均匀粒度和均匀元素分布的HEA NPs的制造规模仍然是一个挑战。在这项工作中，本文展示了一种高效且可扩展的微波加热方法，该方法使用碳基材料作为基底来制备具有均匀粒径的HEA纳米颗粒。由于大量的官能团缺陷可以有效地吸收微波，还原氧化石墨烯被用作模型基底，产生的平均温度高达每秒内1850 K。作为理念证明，本文利用这种快速、高温加热过程合成了PtPdFeCoNiHEA NPs，其平均粒径为∼12nm，元素混合均匀，几乎同时分解，液态金属凝固而不扩散。各种碳基材料也可以用作基材，包括一维碳纳米纤维和三维碳化木材，其温度可达到1400 K以上。这种简便有效的微波加热方法也与卷对卷工艺兼容，为可扩展的HEA NPs制造提供可行的路线。
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https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05113
13. Matter：纳米过渡金属合金中的极限混合
合金化不同元素的能力对于性能调整和材料发现至关重要。然而，由于强不混溶性和易氧化性，特别是对于高反应性的早期过渡金属，纳米尺度的一般合金化仍然极具挑战性。在这里，本文使用基于高温和高熵的策略（T∗ΔSmix）显著扩展可能的合金，并包括早期过渡金属。虽然高温合成有利于合金形成和金属还原，但高熵成分设计对于进一步将合金化扩展到强排斥组合（如Au-W）和易氧化元素（如Zr）至关重要。特别是，本文明确描述了一种记录在案的15元素纳米合金的特征，该合金显示了一种固溶体结构，由于极端混合，具有局部应变和晶格畸变。本文的研究大大拓宽了纳米合金的可用成分，并通过利用探索较少的熵化学提供了明确的指南。
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https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.04.014
14. Nano Energy：超薄石墨烯包覆金属纳米粒子的高温脉冲合成
含有丰富地球元素的纳米材料在能量转换方面显示出巨大的潜力，可以替代稀缺、昂贵的材料，但工作环境中的降解和污染问题严重限制了其实际应用。在这里，本文报告了一种简便且可扩展的合成超薄石墨烯包覆钴纳米颗粒的策略，该策略通过向碳基基底施加电流脉冲，并在50 ms内产生高达1500 K的瞬态高温来诱导纳米颗粒生长和石墨烯包覆来实现。石墨烯壳层的厚度被有效控制在三个原子层以下，有利于电荷转移和电催化应用。本文的一步合成策略为用于能量转换应用的金属-碳核-壳纳米结构的快速合成提供了一种通用、可扩展且经济高效的方法。
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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105536
15. Adv. Sci.：粉末金属的快速合成与烧结
粉末到块状工艺，如添加剂制造和金属注射成型（MIM），为复杂金属设计和制造带来了巨大潜力。然而，由于局部高温，添加剂制造工艺通常会引入高残余应力和纹理。MIM是一种优秀的批量制造工艺；然而，由于烧结过程缓慢，不适合快速筛选和开发新的金属成分和结构。本文报道了一种能够快速合成和烧结大块金属/合金和金属间化合物的超快高温烧结（UHS）工艺。在此过程中，将元素粉末混合并压制成颗粒，然后在1000至3000°C的温度下在短短几秒钟内进行UHS烧结。证明了三种具有代表性的成分，包括纯金属、金属间化合物和多元合金，具有广泛的熔点范围。用于金属烧结的UHS工艺不仅速度极快，而且是非材料特有的，因此适合于材料发现。此外，烧结方法不会对样品施加压力，使其与3D打印和其他复杂结构的添加剂制造工艺兼容。这种快速烧结技术将极大地促进金属和合金的开发和制造。
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https://doi.org/10.1002/advs.202004229
16. Adv. Funct. Mater.：通过微波诱导碳热冲击实现碳材料的快速、通用表面工程
碳材料以其高导电性、良好的稳定性和灵活的结构在能量转换和储存装置中得到了广泛的应用。碳材料的常规功能化通常涉及复杂的化学处理或长期的热和水热改性。本文报道了一种利用微波诱导碳热冲击实现碳材料快速表面工程的一步通用策略。碳纤维布（CC）的温度在5秒内快速上升至1500K，并保持2秒以完成表面工程过程。在高温下，盐前体迅速分解形成催化纳米颗粒，同时促进相邻碳位的氧化，形成具有多尺度缺陷、含氧官能团和基于金属/金属氧化物的纳米颗粒的活性CC。在这个过程中，碳热冲击产生的高温和金属盐前体都是必不可少的，因为前者确保有效的碳氧化反应，而后者提供催化物质。作者的方法可以扩展到许多碳材料，从而为表面工程提供了一种简便、高效和通用的策略，可用于一系列应用。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202010968
17. Adv. Funct. Mater.：基于三维打印石墨烯的3000K探针
高温加热广泛应用于材料合成和制造中，由于动力学的显著改善，其生产速度通常很快。然而，目前的技术通常提供整体和稳态加热，从而限制了它们在需要选择性图案和快速加热的微/纳米制造中的应用。在此，报告了通过利用电焦耳加热触发的3D打印还原氧化石墨烯（RGO）探针，对小规模加热的显著改进的控制，其能够以高空间（亚毫米尺度）和时间（毫秒）分辨率实现精确加热。嵌段共聚物改性水基RGO墨水可实现高精度结构的3D打印，并构建仿生细胞微观结构，以实现导电性控制和最大化鲁棒性结构（有利于高效加热和可操作性）。特别是一种具有微型尖端的热探头，具有卓越的加热能力（高达≈3000k，≈105 K s−1超高速斜坡速度和以毫秒为单位持久的时间）。这种热探针非常适合表面图案化，因为它用于在纳米碳衬底上选择性合成图案化金属（即铂和银）纳米颗粒，这是传统稳态加热所无法实现的。材料结构和加热策略可以很容易地扩展到需要精确控制高温加热的应用范围。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202102994
18. ACS Energy Lett.：含挥发性填料的固体电解质的超快烧结
提高陶瓷固体电解质（SS）的性能通常加入有效的填料。然而，填料的选择通常仅限于几个高度稳定的填料，因为传统方法长期烧结通常会导致挥发性成分的严重损失。在此，本文开发了一种超快速烧结方法，用挥发性填料将SSE烧结成致密、高性能的膜。以掺钽的Li7La3Zr2O12（LLZTO）为模型体系，本文烧结了Li3N/LLZTO复合材料SSE，与原始LLZTO相比，该复合材料具有更高的相对密度、更高的离子电导率和更低的电子电导率。相比之下，由于Li3N的高挥发性，在传统炉烧结的薄膜中没有观察到Li3N。本研究为在更广阔的空间内合理选择填料，合成高质量、高性能的陶瓷材料开辟了一条新的途径。
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https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01554
19. Nature：铜配位纤维素离子导体用于固态电池
尽管固态锂（Li）金属电池具有高能量密度和安全性，但现有的固体离子导体无法满足电池运行的严格要求。无机离子导体允许快速离子传输，但其刚性和脆性阻止了与电极的良好界面接触。相反，锂金属稳定的聚合物离子导体通常提供更好的界面相容性和机械耐受性，但由于离子传输与聚合物链的运动耦合，通常离子导电性较差。在这里，本文报告了通过分子通道工程实现高性能固体聚合物离子导体的一般策略。通过铜离子（Cu2+）与一维纤维素纳米纤维的配位，本文表明，正常离子绝缘纤维素内分子通道的开放使Li+离子能够沿着聚合物链快速传输。除了高的锂离子电导率（在室温下沿分子链方向1.5×10−3 S cm-1），Cu2+配位纤维素离子导体还表现出高迁移数（0.78，而其他聚合物中为0.2–0.5）和宽电化学稳定性窗口（0–4.5 V），可容纳锂金属阳极和高压阴极。这种一维离子导体还允许离子在厚的LiFePO4固态阴极中渗流，用于高能量密度的电池。此外，本文已经验证了这种分子通道工程方法与其他聚合物和阳离子的普遍性，实现了类似的高导电性，其意义可能超出安全、高性能的固态电池。
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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03885-6
20. Adv. Mater.：高温超快烧结：利用新的动力学区域制备多孔固体电解质支架
固态电池（SSB）比传统的基于液体或凝胶的电池具有更好的安全性和潜在更高的能量密度。在实践中，SSB的实施通常需要由陶瓷固体电解质（SSS）制成的3D多孔支架。在此，报告了一种在高温下以秒为单位在各种基材上烧结具有一系列陶瓷SSE的3D多孔支架的通用且简便的方法。高温能够快速反应烧结到所需的晶相，并加速晶粒的表面扩散，以促进颈部生长；同时，较短的烧结时间限制了粗化，从而精确控制致密化程度，以保持所需的多孔结构，并减少挥发性元素的损失。作为理论证明，具有良好离子导电性（即室温下≈1.9 × 10−4 S cm-1）的复合SSE是通过将聚环氧乙烷和用这种方法烧结的3D多孔Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12支架相结合的。该方法为烧结各种基于SSE的陶瓷3D支架（适用于所有固态电池应用）打开了一扇新的大门。
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https://doi.org/10.1002/adma.202100726
21. Nano Lett.：用于固态电池电化学机械稳定锂金属阳极的非晶碳涂层三维固体电解质
为了使下一代储能系统使用安全、高能量密度的锂金属阳极，可能需要使用固态电解质。然而，长期循环过程中局部电流密度的不均匀性导致锂阳极的不稳定性和从电解液中脱落，这严重阻碍了实际应用。在这项研究中，本文通过在石榴石型固体电解质上沉积无定形碳纳米涂层，报告了一种新的方法来保持稳定的锂金属|电解质界面。碳纳米涂层提供了电子和离子导电能力，这有助于使锂金属剥离和电镀过程均匀化。涂层后，本文发现Li金属/石榴石界面在3 mA/cm2下稳定循环500 h以上，表明界面具有优异的电化学机械稳定性。这项工作表明，非晶态碳涂层可能是实现稳定锂金属|电解液界面和可靠的锂金属电池的一种有希望的策略。
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https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01748
22. Adv. Mater.：冲压柔性锂合金阳极
锂金属由于其高比容量和低氧化还原电位，有望成为最终的阳极选择。然而，将锂金属加工成具有高电化学性能和良好安全性的薄膜阳极以匹配商用阴极仍然是一个挑战。本文报道了一种通过直接冲压熔融金属溶液在多种基底上制备具有不同形状的超薄、柔性和高性能Li–Sn合金阳极的新方法。印刷阳极薄至15µm，对应的面积电容为≈3 mAh cm–2，与大多数商用阴极材料匹配。Sn的加入为Li提供了成核中心，从而减轻了Li枝晶，并降低了Li剥离/电镀过程中的过电位（例如，0.25mA cm–2时<10 mV）。作为理论证明，使用超薄锂锡合金阳极和商用NMC阴极的柔性锂离子电池，即使在重复变形后，仍具有良好的电化学性能和可靠的电池运行。该方法可以推广到其他金属/合金阳极，如钠、钾和镁。这项研究为下一代电池用高性能超薄合金阳极的未来发展打开了一扇新的大门。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202005305
23. Mater. Today：针对高性能固态电解质膜调整晶粒生长和致密化
由于传统的烧结方法无法很好地控制晶粒生长，因此锂电池致密均匀的固态电解质膜的制备具有挑战性。使用这种技术，通常会出现异常晶粒生长，伴随着相关的污染物和空隙，通常会导致电解质膜出现高电阻率、稳定性差和锂树枝晶穿透风险。在此，本文报道了一种通过焦耳加热新的高温（1500K） 和快速烧结（30s）方法，使晶粒生长和致密化向高质量、高性能的固态电解质膜方向发展。高温有助于快速去除杂质，在几秒钟内形成致密均匀的微观结构。较短的烧结时间可控制晶粒生长，与烧结前的固态电解质粉末相比，晶粒尺寸和分布几乎保持不变。使用煅烧的掺钽Li7La3Zr2O12（LLZTO）石榴石粉末，本文发现快速烧结前后的晶粒尺寸分布几乎相同(∼4μm），而缺陷（例如，空隙和间隙）和杂质被有效地消除。由此产生的高品质膜具有良好的离子导电性（室温下6.4×10−4S cm−1）并且在锂剥离/电镀过程中具有优异的稳定性（在0.2 mA cm-2下>300h），使其适用于锂电池应用。这种高温快速烧结的方法可以进一步扩展到各种陶瓷锂离子导体，以利于未来固态电池的发展。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.10.002
24. Nat. Catal.：二元氧化物纳米颗粒作为甲烷燃烧的高稳定性催化剂
具有元素和结构多样性的氧化物纳米颗粒在催化和能源应用方面得到了广泛的研究。虽然成分控制对材料发现有很大的希望，但由于纳米尺度多元素混合的内在复杂性，目前的氧化物纳米颗粒通常仅限于少数阳离子。在这里，本文报道了具有可调成分、尺寸和结构的单相多元素氧化物纳米颗粒的合理设计和合成。本文已经确定了温度、氧化和熵驱动的合成策略，以混合氧化电位大不相同的一系列元素（包括钯），从而大大扩展了组成空间。通过快速合成和筛选，本文获得了一种用于甲烷催化燃烧的高性能、高稳定性的变性多元素氧化物催化剂由于高熵设计和稳定性，需要数小时。因此，本文的工作为多元素氧化物纳米颗粒提供了一条可行的合成路线，并为多元素空间中的材料设计提供了明确的指南，从而实现了高稳定性催化剂。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41929-020-00554-1
25. Nano Lett.：连续飞越高温合成纳米催化剂
传统的热处理系统通常具有较低的升温/冷却速率，这导致陡峭的热梯度，从而产生低效、不均匀的反应条件，并导致纳米颗粒聚集。在此，本文展示了一种基于新兴热冲击技术的新型高温反应器设计的连续飞越材料合成方法。通过将两张相距很小（1–3 mm）的复写纸贴在一起，只需施加15 V的电压，即可在50 ms内达到3200 K的均匀超高温。可通过该装置连续输送原料，从而快速收集最终产品。作为理论验证，本文合成了铂纳米催化剂(∼4nm）通过该反应器固定在炭黑上。此外，我们发现它对甲醇氧化反应具有优异的电催化活性。这项工作为在高温下合成纳米材料提供了一个高效的平台。
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03620
26. Adv. Funct. Mater.：碳载高熵氧化物纳米颗粒作为氧还原反应的稳定电催化剂
以碳质为载体的纳米颗粒是一种很有前途的电催化剂。然而，在保持高活性的同时，实现电催化剂在长期运行期间的良好稳定性仍然是一个巨大的挑战。本文报道了一种通过快速高温加热合成的高熵氧化物（HEO）纳米颗粒均匀分散在商用炭黑上的高稳定性和活性电催化剂(≈1 s，1400 K）。值得注意的是，具有创纪录高熵的HEO纳米颗粒由十种金属元素（即Hf、Zr、La、V、Ce、Ti、Nd、Gd、Y和Pd）组成。快速高温合成可以调整结构稳定性，避免纳米颗粒分离或团聚。同时，高熵设计可以提高化学稳定性，防止元素偏析。以氧还原反应为模型，与市售Pd/C电催化剂（即，12小时后保留率为76%）相比，10元素HEO表现出良好的活性，并大大提高了稳定性（即，12小时后保留率分别为92%和86%）。这种优越的性能归功于高熵成分设计和合成方法，它提供了熵稳定效应和纳米颗粒与碳基体之间的强界面结合。该方法有望为合成具有良好稳定性和高活性的碳负载高熵电催化剂提供一条可行的途径。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202010561
27. Nano Energy：一种用于析氧反应的高熵磷酸盐催化剂
过渡金属磷酸盐是一类广泛应用于生物反应、有机合成、析氧和光催化的催化剂。虽然先前的研究表明，加入多种元素可以极大地提高催化性能，但由于高温加热时间短的苛刻合成要求，高熵聚阴离子材料（如高熵磷酸盐（HEPi））从未被报道。在此，本文首次报道了通过高温飞越法以高度均匀球形颗粒的形式合成HEPi催化剂（即CoFeNiMnMoPi）。本文的方法能够（1）在一个气溶胶液滴中均匀地限制金属和磷前体，（2）在高温下原位氧化物转化为磷酸盐，（3）多金属元素在磷酸盐结构中的均匀混合（毫秒）。作为理论证明，本文将HEPi催化剂应用于模型析氧反应（OER），测量结果与商业IrOx和高熵氧化物（HEO）对应物进行比较，其具有更低的过电位（10 mA cm−2时为270 mV）和更快的动力学（Tafel斜率为74 mV dec−1）。这项研究为合成高熵多阴离子化合物库在能源和催化领域的应用开辟了一条新途径。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106029
28. Angew. Chem. Int. Ed.：调整单原子Pt1/CeO2催化剂中铂的局部环境以实现稳定的低温CO氧化
由原子捕获形成的单原子Pt1/CeO2催化剂（AT，800°C（在空气中）显示出优异的热稳定性，但由于在高度对称的正方形平面Pt1O4配位环境中Pt2+的过度稳定，因此在低温下对CO氧化不起作用。还原活化形成铂纳米颗粒（NPs）导致活性增强；然而，核动力源很容易被氧化，导致剧烈的放射性损失。在此，本文表明，通过热冲击（TS）合成对隔离的Pt2+的局部环境进行调整，可以得到高活性和热稳定性的Pt1/CeO2催化剂。超快冲击波（>1200°C）在惰性气氛中诱导CeO2表面重构，以生成不对称Pt1O4构型的Pt单原子。由于这种独特的配位，处于部分还原状态的Pt1δ+在CO氧化过程中动态演化，从而产生优异的低温性能。在氧化条件下，Pt1/CeO2-TS催化剂上的CO氧化活性保持不变。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202108585