解说头版文章！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（9月第3期）

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锂离子电池

解说头版文章！Advanced系列能源转换与存储类封面大赏（9月第3期）

韩国高丽大学Jinhan Cho课题组、韩国大邱庆北科学技术院Yongmin Ko博士、美国佐治亚理工Seung Woo教授及合作者报道了一种纤维状锂离子电池正极材料。该材料的制备过程借助了表面官能团的相互作用。作者们首先将表面带氨基和羧基的碳纳米管层层堆叠在纤维素基底上。氨基与羧基间的氢键作用将碳纳米管互相紧密集合。随后将表面带油酸酰胺基团的LiFePO₄颗粒（粒径约35 nm）与碳纳米管层接触，通过油酸酰胺基团与氨基的交换让LiFePO₄均匀附着在碳纳米管层上。利用化学键的固定方式避免了使用不导电交联剂，且电极活性物质载量可通过增加沉积次数予以提高，对传质效率影响小。

所制得的纤维状电极在0.1 C电流密度下的质量比容量和面积比容量分别达到196 mAh/g和8.3 mAh/cm²。此外，电极柔性好，通过折叠可进一步增加单位面积的活性物质质量，从而提高电池的面积比容量。

封面展示了纤维电极的结构与化学特征。放大单根纤维展示了黑色碳纳米管层和附着在碳纳米管上的黄色LiFePO₄纳米球。近处放大图则显示了碳纳米管之间的氢键作用和碳纳米管与LiFePO₄纳米球间共价键作用。这些化学键是保障电极材料在弯折时不致脱落的关键。

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二氧化碳还原

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深圳大学杨健、王进课题组联合华东理工大学段学志课题组等报道了一种调控铜催化剂CO₂还原性能的策略。作者们利用金纳米颗粒为种子，合成了直径约100 nm的铜催化剂颗粒。其核心要素是改变聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的含量以调控所得铜催化剂的价态：若PVP充足，则形成零价金属铜；若PVP不足，则所得金属铜表面会有+1价Cu，对应Cu₂O氧化层。

催化性能表征显示，金属铜还原CO₂为CH₄的法拉第效率为70%，还原电流密度超过200 mA/cm²。而带有Cu₂O表面的铜催化剂可将CO₂还原为C₂H₄、C₂H₅OH、CH₃COOH、C₃H₇OH等多碳产物，总法拉第效率超过80%。密度泛函理论计算表明金属铜与Cu₂O同时存在有助于C—C耦合，生成多碳产物。

封面下方太极两仪分别对应了表面布满PVP的金属铜催化剂和表面含Cu₂O的铜催化剂。从上方的产物可看出，无Cu₂O则还原产物仅CH₄，而含Cu₂O则生成了二碳及以上的产物。画面整体显示在水中，可能对应了催化CO₂还原测试的水溶液环境。

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产氢催化剂

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澳大利亚新南威尔士大学Jamie J. Kruzic课题组联合香港城市大学吕坚教授、哈尔滨工业大学（深圳）孙李刚博士等报道了一种高效产氢催化剂。该催化剂具有高熵、玻璃态特点，通过化学去合金化Pd₂₀Pt₂₀Cu₂₀Ni₂₀P₂₀纳米带（硝酸浸泡）制得。去合金化过程部分溶解了Cu和Ni，从而在纳米带表面产生了密布的纳米孔，形成纳米海绵结构。此外，纳米孔的生成暴露出Pd、Pt等活性位点，提升了催化剂的性能。

该催化剂在碱性和酸性条件下均表现不俗。1.0 M KOH水溶液中获得10 mA/cm²电流密度的过电位为32 mV。这一数值在0.5 M H₂SO₄水溶液中为62 mV。理论计算表明催化剂的化学成分和崎岖表面利于质子的吸附与脱附。

通过太阳能电池板供电的高熵合金纳米带催化剂正将周围的水分子在表面转化为氢气分子。产生的氢气则被输送至右侧氢气罐中储存起来，作为能源使用。风力发电机、太阳能电池、催化剂和氢气罐共同描绘出未来利用新能源生产氢气燃料的蓝图。

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氧还原催化剂

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哈尔滨工业大学（深圳）胡凯龙、邱华军课题组联合日本筑波大学Yoshikazu Ito教授等报道了一种新型碳基氧还原电催化剂。该催化剂利用多孔Mn₂O₃颗粒模板，经聚苯胺包覆、高温炭化、酸溶模板步骤，得到了多孔（孔径~35 nm）、氮掺杂（7.20 atom%）的碳催化剂。聚苯胺包覆层不仅是碳的前驱体，还能稳定模板在高温下的结构，防止模板孔结构的坍塌。由于催化剂中孔道互相连通，有利于反应物O₂在催化剂中快速扩散，从而保障催化的优异效果。