一周前沿科技盘点87丨新型电极抑制自放电，实现高效稳定储能；高响应负光电导，二硫化钼与HZO破局

溴基液流电池具有能量密度高、成本低等优势，在分布式储能领域具有广阔的应用前景。然而，溴电对的反应活性相对较低，以及溴扩散导致的自放电问题严重影响着溴基液流电池功率密度和循环寿命。对此，中国科学院研究团队提出了一种新的策略。

人工智能、物联网等现代信息技术依赖于高性能半导体器件与集成电路，光电探测器作为关键组件，其性能直接影响到这些应用的效能。当前，硅基光电探测器虽是主流，但受限于窄光谱响应范围与不理想的响应率与探测率，无法充分满足日益增长的需求。近日，西安交通大学科研团队进行了相关研究。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第八十七期。

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《Energy & Environmental Science》丨新型电极抑制自放电，实现高效稳定储能

近日，中国科学院研究团队在溴基液流电池电极研究方面取得新进展。团队通过在电极表面基于可逆的固态溴络合效应，同步提高了电极的固溴能力和催化活性，降低了溴基液流电池的自放电率，提高了电池功率密度和循环寿命。溴基液流电池具有能量密度高、成本低等优势，在分布式储能领域具有广阔的应用前景。然而，溴电对的反应活性相对较低，以及溴扩散导致的自放电问题严重影响着溴基液流电池功率密度和循环寿命。针对上述问题，研究团队提出了一种向电极表面引入溴固态络合剂的策略，基于强的可逆固态络合效应，可实现抑制电池自放电的同时增强溴电对的反应活性。该工作为开发高功率密度、高容量保持率和长寿命溴基液流电池用电极材料提供了新思路。原文链接：https://doi.org/10.1039/D4EE00580E

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《Advanced Functional Materials》丨高响应负光电导，二硫化钼与HZO破局

信息时代的人工智能、物联网等多种新型应用都依赖于功能半导体器件和集成电路的发展。“后摩尔时代”的到来激发了多功能硅基集成器件的发展，其中，光电探测器是一个重要组成部分。目前主流光电探测器为硅基器件，难以实现宽光谱探测，响应率与探测率不能满足需求。利用二维材料二硫化钼和铁电铪基氧化物等新型材料构建的半导体硅工艺兼容的光电探测器件具有极大应用潜力，但目前面临着器件制备工艺、结构优化和暗电流较高等挑战，因此其工作物理机制需要进一步研究，探测率和响应度等关键参数需要进一步提升。近日，西安交通大学研究团队利用基于二硫化钼沟道和外延铁电HZO薄膜栅介质的光电晶体管实现了高响应度光电探测。该工作利用优化的具有背栅结构和肖特基对650 nm波长光电响应进行了实验验证并实现良好的光电探测性能。将半导体硅工艺兼容性好、铁电畴取向一致性高的外延铪基铁电薄膜应用于此类器件，有助于提高器件性能并研究相关重要物理现象，包括双极电学行为和负光电导性。在对二硫化钼材料特性、器件电特性和光电特性的研究基础上，研究团队阐明了二硫化钼光电探测器铁电调控性能的原因，包括：光门控效应和铁电极化场对沟道载流子的调控。实验中还观察到了具有-8.44×103A W-1高响应度的负光电导，这对于极弱光探测具有重要意义。原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202402185

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《Nature Communications》丨新型超级电容器模块，无线充2秒续航半小时

近日，中国科学院团队与国外研究团队合作，在高集成度微型超级电容器模块方面取得新进展，发展了图案化粘附性基底诱导电解质定向沉积的新策略，实现了在大面积、高集成度、超小型化微电极阵列上的电解质高效、快速、精确添加，研制出高集成度和高性能一致性的小型化单片集成微型超级电容器储能模块。

为适应小型化、可穿戴、可植入微电子设备的快速发展，需要发展具有小体积、高集成度、高性能和高兼容度的微型储能器件。平面微型超级电容器由于无需隔膜和外部金属连接线的特殊结构，同时具有可靠的电化学性能和易于调控的连接方式，在微电子领域有着重要的发展潜力。然而，由于缺少可靠的高精度微电极阵列制备和高效的电解液精确沉积技术，大规模制备高集成度、高性能、可定制的微型超级电容器储能模块仍具挑战。

在本工作中，研究团队发展了一种普适、可控的电解质定位自组装新策略，实现了在高面数密度的大规模微电极阵列上电解质微液滴的精确快速定位添加，结合高精度的光刻和自动喷涂技术，研制出具有高面积数密度、高输出电压、性能稳定的集成化微型超级电容器模块。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47216-5

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《Nature Communications》丨非常规金属NiTe2揭示阻塞棱态超流，揭示磁场筛选机制

量子材料中存在的边界态，包括三维拓扑材料中的二维表面态、二维拓扑材料中的一维边缘态以及高阶拓扑材料中的一维棱态、角态等，一直以来都引人关注。探索这类边界态中诱导的超导电性对于研究拓扑超导和非常规超导态具有重要的科学意义。在基于这类材料构建的约瑟夫森结中，体态超流相比于边界态往往更容易被破坏，也易遭受更多退相干因素的影响，因此其边界态可存在更大的超流密度，对其中有效结区的超流密度分布的分析，可以为边界态的存在提供重要的实验证据。

最近，中国科学院与电子科技大学等团队合作，在基于非常规金属材料NiTe2的约瑟夫森结研究中观测到边界态超流信号，并发现通过施加平行于电流方向的磁场，可以快速抑制体态超流并保留边界态超流，即磁场对超流的“过滤”效应。进一步的理论计算指出NiTe2中存在非常规的阻塞棱态，且理论预测的自旋绑定特性与实验数据相呼应，指向棱态超流的存在。这项研究不仅为研究棱态超流提供了新的材料平台，还提出了一种利用磁场过滤获得纯净边界态超流的方法，为将来棱态超流在非常规超导、复合器件及其应用的研究中提供了新的线索。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47103-z

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《Journal of the American Chemical Society》丨NMR双共振法，精准解析分子筛羟基氢物种

沸石分子筛在工业领域有广泛应用，它内部存在种类丰富、分布广泛的羟基氢物种及铝物种，可作为催化活性中心、吸附位点，直接决定了分子筛催化反应的性能。在原子尺度解析分子筛中羟基物种结构及其局域环境，对揭示分子筛催化本征活性，进而指导高性能分子筛催化剂可控制备具有重要意义。由于分子筛中羟基物种具有缺乏长程有序性、存在亚稳态、对环境敏感等特征，解析其结构存在较大挑战。因此，发展高分辨、高灵敏、无损检测的谱学表征方法尤为关键。17O固体NMR是无损解析分子筛中羟基物种的有力工具，然而，17O的低天然丰度、低旋磁比和四极核特性阻碍了其在分子筛结构解析研究中的广泛应用。近日，中国科学院研究员团队在分子筛羟基结构解析方法研究中取得新进展，开发了一系列耦合编辑的1H-17O固体核磁共振（NMR）双共振谱学新方法，实现了对分子筛孔道内氢物种及其局域环境的高分辨精准解析。该工作中开发的固体NMR谱学方法有望应用在金属氧化物表面、金属有机框架和生物材料中的羟基环境高分辨解析中。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c14787

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