顶刊动态 | Adv. Energy Mater. 9月材料前沿科研成果十大精选

能源小将 8年前 (2016-10-06) 9097浏览

学术顶级期刊Advanced Energy Materials 2016年9月材料前沿精选科研成果十大精选新鲜出炉：东北师范大学&中科院长春应化所: 石墨相碳氮化物纳米片大幅度提高光催化活性；国家纳米科学中心: 锂硫电池——共价有机框架高效化学吸附多硫化物；北京理工大学&美国阿贡国家实验室: 锂空电池正极材料——铂包覆中空石墨烯纳米笼; 北京师范大学&西安交通大学: 结合富勒烯和非富勒烯的受体来协同提高光伏性能的三元共混聚合物太阳能电池；南方科技大学&布朗大学: 异质结耗尽型粗粒度B-γ-CsSnI3无铅钙钛矿薄膜太阳能电池；苏州大学: 应用于有机钙钛矿太阳能电池受体和阴极缓冲层材料的富勒烯衍生物；清华大学&暨南大学：水合中间体助力热稳定性钙钛矿太阳能电池；中科院北京纳米能源与系统研究所&北京科技大学：超薄纳米发电机收集机械能同时感应瞬发力；中国地质大学&香港中文大学：高能量锂离子液流电容器；北京工业大学：钙钛矿固态溶液用于可见光解水制氢。下面就让我们一起走进曼妙的材料前沿成果吧。

1. 东北师范大学&中科院长春应化所: 石墨相碳氮化物纳米片大幅度提高光催化活性

fig1

图1. 制备泡沫状多孔超薄纳米片的自上而下过程示意图

东北师范大学的邢艳和中科院长春应化所的宋术岩（共同通讯）等通过在空气中长时间加热块状g-C₃N₄制备了宏观泡沫状多孔超薄的g-C₃N₄纳米片（CNHS），CNHS在产氢和光催化降解污染物中表现出卓越的性能。这项工作为研究纳米结构以实现高的催化活性提供了新思路。

文献链接：Macroscopic Foam-Like Holey Ultrathin g-C3N4 Nanosheets for Drastic Improvement of Visible-Light Photocatalytic Activity（Adv. Energy Mater. , 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601273）

2. 国家纳米科学中心: 锂硫电池——共价有机框架高效化学吸附多硫化物

fig2

图2. COF的制备和N、B掺杂COFs化学结构的示意图

很多人致力于减小锂硫电池的穿梭效应以提高循环稳定性。最近，国家纳米科学中心唐智勇教授和李连山教授课题组（共同通讯）采用硼酸酯共价有机框架（COF）增强对多硫化锂的吸附，孔隙中正极化B和负极化O可同时有效吸附和Li⁺。这项工作为新型多孔主体材料的设计和制备开辟新途径。

文献链接：Efficient Polysulfide Chemisorption in Covalent Organic Frameworks for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601250 )

3. 北京理工大学&美国阿贡国家实验室: 锂空电池正极材料——铂包覆中空石墨烯纳米笼

fig3

图3. Pt包覆中空石墨烯纳米笼示意图

质子惰性系锂空气电池一个很大的问题是高充电过电位。为克服这一问题，北京理工大学陈人杰教授和美国阿贡国家实验室Jun Lu博士等（共同通讯）制备出超细Pt包覆中空石墨烯笼。该正极材料的充电电位在100 mA/g下能低至3.2 V，甚至在500 mA/g下保持低于3.5 V。这种新型正极结构是锂空气电池有希望的候选。

文献链接：Platinum-Coated Hollow Graphene Nanocages as Cathode Used in Lithium-Oxygen Batteries ( Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602246 )

4. 北京师范大学&西安交通大学: 结合富勒烯和非富勒烯的受体来协同提高光伏性能的三元共混聚合物太阳能电池

fig4

图4. 器件的结构图

北京师范大学的徐新军、薄志山和西安交通大学的马伟（共同通讯）课题组首次采用包含富勒烯衍生物和非富勒烯小分子的聚合物作为受体制备出了三元共混聚合物太阳能电池。当PPBDTBT:ITIC:PC71BM为1:1.2:0.8时，该器件的V_oc达到0.898V，J_sc达到16.82 mA cm^-2，FF 达到0.6826，并获得最高为10.4%的光电转换效率（比二元参考器件增强了约35％）。该项研究为快速增强三元共混聚合物太阳能电池的性能方面提供一个有希望的途径。

原文链接：Ternary-Blend Polymer Solar Cells Combining Fullerene and Nonfullerene Acceptors to Synergistically Boost the Photovoltaic Performance (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603588)

5. 南方科技大学&布朗大学: 异质结耗尽型粗粒度B-γ-CsSnI3无铅钙钛矿薄膜太阳能电池

fig5

图5. B-γ-CsSnI3薄膜的一步法制备及晶粒粗化示意图

南方科技大学的孙小卫、布朗大学工程学院的Yuanyuan Zhou 及Nitin P. Padture（共同通讯）等通过旋涂和晶粒粗化的调节并采用最佳的PSC架构制备了一种异质结耗尽型的粗粒度B-γ-CsSnI₃无铅钙钛矿薄膜太阳能电池。相比于之前同类型钙钛矿电池，这种平面器件拥有更加优异的电化学性能。该器件的V_oc达到0.52V，J_sc达到10.21 mA cm^-2，FF 达到0.625，并获得了3.31％的光电转换效率，同时具有更好的热稳定性。这项研究为未来制备高性能的无铅钙钛矿电池提供了重要指导。

原文链接：Heterojunction-Depleted Lead-Free Perovskite Solar Cells with Coarse-Grained B-γ-CsSnI3 Thin Films (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601130)

6. 苏州大学: 应用于有机钙钛矿太阳能电池受体和阴极缓冲层材料的富勒烯衍生物

fig6

图6. 阴极缓冲层的器件结构

苏州大学的李耀文和李永舫（共同通讯）课题组提供最近关于富勒烯衍生物作为受体和阴极缓冲层材料的有机钙钛矿型太阳能电池的全面概述。富勒烯衍生物有很独特的物理化学性质，有很强的电子亲和能，能够很好的提高电子迁移率，通过界面修饰调节激子扩散长度，能够显著提高器件的光电性能和稳定性。本项研究工作表明富勒烯衍生物在有机太阳能电池和有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池领域的巨大适用性。

原文链接：Fullerene Derivatives for the Applications as Acceptor and Cathode Buffer Layer Materials for Organic and Perovskite Solar Cells (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601251)

7. 清华大学&暨南大学：水合中间体助力热稳定性钙钛矿太阳能电池

fig7

图7. 新型钙钛矿太阳能电池的制作过程

清华大学王立铎及暨南大学的范建东等采用水合中间体辅助溶液法制备了高度取向性的钙钛矿薄膜（CH₃NH₃PbI_3–xCl_x），相比于传统的方法拥有接近于单晶的晶向。由于其高度的结晶质量，膜内几乎无压力以及更长的电子寿命，更快的响应时间等，该钙钛矿基太阳能电池可以展现优异的转化效率及改善的热稳定性。

原文链接：Aquointermediate Assisted Highly Orientated Perovskite Thin Films toward Thermally Stable and Efficient Solar Cells（Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601433）

8. 中科院北京纳米能源与系统研究所&北京科技大学：超薄纳米发电机收集机械能同时感应瞬发力

fig8

图8. S-TENG的原理图、实物图及电镜图

北京科技大学的王宁及中国科学院北京纳米能源与系统研究所的曹霞、王中林等设计了一种超薄的单电极摩擦纳米发电机（S-TENG），不仅可从周围环境中及人的运动获得机械能，也能自驱动感应瞬时力。该S-TENG结构简单，平均输出电流可达78 μA，可点亮至少70盏LED灯。测试瞬时力的灵敏度可达0.947 μA MPa^-1。该S-TENG有望为未来的可穿戴电子设备提供充足的能量以及作为灵敏的传感器。

原文链接:An Ultrathin Flexible Single-Electrode Triboelectric-Nanogenerator for Mechanical Energy Harvesting and Instantaneous Force Sensing (Adv. Energy Mater., 2016, DOI: 10.1002/aenm.201601255)

9. 中国地质大学&香港中文大学：高能量锂离子液流电容器

fig9