顶刊封面鉴赏！Advanced系列能源转化与存储类研究登顶大作

2021年1月第一周，Wiley旗下最重要的三本材料科学期刊——Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials上都发表了哪些有关能源转化与存储的封面文章呢？小编给大家带来速报。文后二维码为原文链接。

电化学能源存储材料

五氧化二铌（Nb₂O₅）赝电容行为探究

美国南卡罗莱纳大学（University of South Carolina）Morgan Stefik教授课题组探究了正交晶相Nb₂O₅（T-Nb₂O₅）电极材料的嵌入式赝电容与自身结构的构效关系。T-Nb₂O₅是第一种被报道具有嵌入式赝电容（intercalation pseudocapacitance）行为的电极材料。作者们采用嵌段共聚物，通过恒定胶束模板法（persistent micelle template，PMT）制备了数种T-Nb₂O₅多孔膜电极。得益于PMT造孔方法的特点，作者们得以控制孔径恒定而仅改变孔壁厚度，从而分离了孔径大小与孔壁厚度对离子传输的影响。循环伏安法测试T-Nb₂O₅电极的电化学响应行发现，锂离子在T-Nb₂O₅中固相扩散是电极赝电容储能过程的速控步，极大地决定电极的倍率性能。离子扩散速率与孔壁厚度的平方根线性相关。

封面中不同色块的规则多孔网络为本工作所合成的T-Nb₂O₅多孔电极形貌示意图。曲线条为不同电极的循环伏安曲线数据，是本文探究嵌入式赝电容行为的核心表征方法。

锌离子电池负极综述

天津大学梁骥教授、侯峰副教授，天津师范大学王立群博士及其同事综述了稳定锌离子电池中锌金属负极的策略。锌枝晶形成以及负极表面析氢反应导致电池库伦效率低、循环稳定性差，因而有许多研究应对了这两个不利因素。本综述不仅讨论了锌枝晶形成及析氢反应的原理，而且详细综述了近年来报道的抑制锌枝晶形成和析氢反应的策略。具体地，抑制锌枝晶形成可调控锌负极晶体结构、控制锌沉积行为、调控锌离子迁移行为；减弱析氢反应可调控电解液成分及修饰锌负极表面。

封面正中间为锌原子结构，可看到位于中心的原子核及围绕其外的电子。画面左上方隐约有一只控制手，可能代表调控锌负极的电化学行为。画面下方金属小球铺展为锌负极表面，其上方向上或向下移动的小球代表金属锌的沉积与氧化的微观过程，象征锌负极工作过程。封面紧扣综述主题。

固态锂金属电池（一）

美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）Jennifer L. M. Rupp教授课题组综述了两类广泛用于研发固态锂金属电池的固态电解质——氧化物和硫化物固态电解质。文章第一部分回顾了从传统液态电解液锂离子电池向新型固态电解质锂金属电池的转变历程。第二部分从能量密度、功率密度、稳定性、制备方法和安全性五个指标详细综述了氧化物和硫化物固态电解质的最新研究进展。第三部分评述了不同固态电解质与电极材料的最优搭配策略及相应挑战。最后指明了应对挑战的方法（如界面修饰）与发展前景。

封面来自综述图7，展示了固态锂金属电池结构示意图。其中暗黄色部分为固态电解质，黑球为正极颗粒，红色为锂金属负极。圆形放大图中的粉红色部分为两相界面。这些界面正是制约固态锂金属电池性能的重要元素。

固态锂金属电池（二）

英国牛津大学Patrick S. Grant教授、英国伦敦国王学院（King’s College London）Chun Huang博士及其同事报道了一种具有规整排列孔道的固态锂金属电池正极材料。研究者们利用定向凝固（directional freezing）技术将LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）电极颗粒定向排列为平行条纹状，并利用紫外线照射将固态电解质原位填充于NMC811条纹间隙。由于规整的颗粒排列，锂离子在正极中的传导速率达到1.4×10^-7 cm²/s，高出无规结构近100倍。0.05 C和1 C电流密度下，锂金属全电池电容量分别为199 mAh/g（16.7 mAh/cm²）和120 mAh/g（10.1 mAh/cm²），显示出优异的倍率性能。

封面图清晰地表现出通过定向凝固法制备的平行条状电极为锂离子快速迁移提供通道，是全文的最大亮点。红色小球为NCM811正极颗粒。

钙钛矿材料

蓝光发光二极管

南方科技大学王恺教授、陈锐教授课题组联合香港大学Wallace C. H. Choy教授课题组展示了一种提升准二维钙钛矿材料层间能量传递，从而提高材料发光效率的方法。具体地，作者们将对氨基乙基苯甲酸（ABA）分子连接到Cs₄PbBr₆二维晶体表面。由于ABA分子氨基一端能与Pb-Br晶格形成氢键，而另一端羧基与Pb²⁺配合，使得准二维钙钛矿材料层间能量传递更为高效。同时，ABA分子部分还原了Pb²⁺，提高了材料发光效率。将引入ABA的准二维钙钛矿晶体制成蓝光二极管器件后，实测其外量子效率（发光效率指标之一，指接收到的电子数与入射光子数的比值）达10.11%，稳定工作时间为81.3 min。性能居报道的蓝光二极管前列。

封面显示两块钙钛矿晶体通过ABA分子相连，并与外电路连接。通电后钙钛矿材料发出耀眼蓝光，对应了引入ABA分子提升器件发蓝光效率的亮点。

室内采光产电

苏州大学Vincenzo Pecunia教授、英国帝国理工学院（Imperial College London）Robert L. Z. Hoye博士及其同事展示了两种不含铅元素的钙钛矿材料——BiOI和Cs₃Sb₂Cl_xI_9-x。作者们发现，这两种钙钛矿材料虽然在1太阳光强照射下光电转换效率仅~1%，但在室内光照条件下效率提升至4-5%。用这些材料制成的厘米级光电器件可为薄膜半导体供电。此外，通过测量两种钙钛矿材料在不同光照强度照射下的光损失，作者们认为光转换效率仍有较大提升空间。

封面主体左右两侧分别是BiOI和Cs₃Sb₂Cl_xI_9-x的晶体结构示意图。二者被从上方的室内光源照射后为下方智能房屋提供电能。背景表现房屋内部，呼应了材料的应用环境。

热电材料

台湾交通大学Hsin-Jay Wu教授、阿卜杜拉国王科技大学（King Abdullah University of Science and Technology）Pai-Chun Wei博士及其同事报道了一类新型热电材料。作者们详细探究了将GeTe与Sb₂Te₃合金化后引发的相变，并测试了各相在300 K至723 K温度范围下的zT值（衡量材料将热能转化为电能的效率指标）。实测最佳组分为(GeTe)_0.95(Sb₂Te₃)_0.05，平均zT值最高达1.2。合金化过程中涉及自发的成分波动（composition fluctuation）过程。

封面主体表现了热电转化器件的基本构造——上端冷源，下端热源，中间为热电材料。热电材料利用温差对外产生电流。热电材料中的黄绿色块为Sb元素高含量分布区，反映了合金中元素分布。闪电代表产电，为热电材料功能。

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