邓意达/陈亚楠AEM: 用于能量转换与存储的金属玻璃进展与展望

金属玻璃（MG）是非晶单金属、合金以及M-X（X = B/P）的总称，由于其独特的原子排列和电子结构而在能量存储和转换领域得到了广泛的研究。然而，在复杂的MGs结构与相应的电化学活性之间建立明确而深刻的关系仍然很困难。

在此，海南大学邓意达教授及天津大学陈亚楠研究员等人将MG的构效关系与电化学反应动力学相结合，重点介绍了其在析氢、析氧、氧还原、甲醇氧化、氮还原、二氧化碳还原等电催化过程中的进展。同时，还详细介绍了MG材料在超级电容器、锂离子电池等储能器件中的应用。MG作为电活性材料的优势可以总结如下：

1）其特殊无序结构导致低配位数和大量空位（悬空键），从而产生更高密度的活性位点。

2）其配位条件不受晶格的限制，成分可以自由调整从而有利于组成优化。

3）MG是各向同性的且无晶界，具有更强的耐腐蚀性和优越的稳定性。

4）其独特的电子结构和无序的原子排列保证了高活性表面并允许跨越费米能级而没有任何能隙。

5）可为离子包埋提供更多位点并加速离子转移。

6）表现出优异的机械性能、玻璃成型能力、高强度和柔韧性。

7）可作为优良的载体材料和前驱体，即预催化剂。

图1. 不同尺度下MG材料的合成及形貌

最后，作者提出了合理设计高效MG基电极材料的挑战和可能性，总结了未来的研究方向如下：

（1）高通量实验合成表征与机器学习人工智能算法相结合是MG未来的发展趋势。

（2）将纳米工程和表面改性方法引入MG系统。

（3）跟踪表面自组装的表征对于加深对活性位点和催化机制的理解具有重要意义。

（4）在MG体系中引入高熔点和弹性模量的金属元素有利于增强玻璃形成能力，降低玻璃化转变温度。

（5）MG结构通常用均质性和各向同性来描述，而忽略了由于不同区域成分不同而导致的多相共存。

（6）在表征特定的MG材料时，缺乏对短程有序和长程紊乱的更详细和准确的描述。

图2. 用于多相催化的机器学习描述

Progress and Perspective of Metallic Glasses for Energy Conversion and Storage, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.20210109

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