鑽石舞台｜痞客邦

Aug 30 Tue 2022 12:31
化學與材料科學 - 劍橋大學Erwin Reisner教授團隊 Nature：太陽燃料規模化生產

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儘管模擬自然光合作用的「人造樹葉」概念顯示出巨大的應用前景，但將光吸收體和電催化劑相結合的高性能光電化學(PEC)器件的複雜性仍然限制着其規模化應用，導致太陽燃料和其它光捕集技術之間存在着差距。因此，器件製造也必須通過採用更先進的沉積技術以進行範式轉換。該製造過程必須面向便攜式、輕量級系統以減少資源消耗，便於在要求苛刻的環境下進行PEC器件的運輸、部署和離網運行。

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聚合物自組裝是一種非常重要的生物材料合成手段。迄今為止，聚合物自組裝已被應用於納米及宏觀尺寸材料（膠束，囊泡，纖維和水凝膠）的製備。然後，目前所見報道的聚合物材料大多通過相對較弱的非共價相互作用（如疏水力、靜電或氫鍵）完成自組裝。這些非共價鍵的自組裝體系對環境條件（如溶劑極性、溫度、離子強度、pH值等）要求較高，且難以精確控制。

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水系鈣離子電池具有安全性高、成本低廉以及環境友好等優勢。此外，與其他多價金屬離子（如Mg2+、Zn2+和Al3+）相比，Ca2+具有更弱的極化強度和較小的水和離子半徑，有利於離子擴散動力學，是很有發展潛力的儲能系統。然而，Ca2+在水中具有較強的反應活性，亟需開發具有高性能的嵌入型負極材料。

東北大學劉曉霞教授和宋禹副教授團隊首次報道了無定型氧化鉬材料用於水系鈣離子儲能。譜學分析和電化學測試結果表明，氧化鉬中鉬的價態較低，有利於電子填充到Mo4d軌道，促進電子轉移；氧化鉬結構中存在的晶格水具有「電荷屏蔽」效應，可以減弱Ca2+與宿主晶格氧間的靜電相互作用，促進離子遷移；氧化鉬結構中存在的Mo-O-H成分，可以形成分子內氫鍵網絡，進而抑制材料溶解。以上綜合效應保證了氧化鉬具有優秀的鈣離子儲能性能，並為製造具有高性能的水系鈣離子電池提供了新的機會。相關工作以「Aqueous Calcium-Ion Storage in Amorphous Molybdenum Oxide」為題，發表於《Chemical Engineering Journal》期刊上。

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