能源材料Wiley进展集锦：氧还原，单原子催化剂，钠离子电池及超级电容器

杂原子掺杂碳催化剂因其在电催化二氧化碳还原反应中的优异性能而受到广泛关注。但是杂原子掺杂碳材料的高催化活性的活性位点目前尚无明确的解释。尽管所有基于碳材料的催化剂中都存在大量的缺陷，但是这种碳材料的固有缺陷对电催化还原二氧化碳的贡献却鲜有人关注。

本文报道了碳基催化剂的电化学还原二氧化碳的性能与催化剂内部碳缺陷含量之间存在正相关关系。结果表明，富含缺陷的多孔碳催化剂即使不含杂原子掺杂也对电化学还原二氧化碳具有良好的催化性能。X射线近边吸收精细结构谱和密度泛函理论计算表明，sp2缺陷(八元环和五元环)而非边缘缺陷是缺陷多孔碳催化剂具有良好电化学还原二氧化碳活性的关键。

因此，这项工作对理解碳基催化剂对电催化二氧化碳还原活性的起源做出了重要贡献，杂原子掺杂对催化剂活性的贡献可能没有预想的那么大。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201808276

近年来，随着能源和环境问题的不断增加，电催化已成为能源存储与转化领域的一个重要研究热点。碳纳米材料具有良好的导电性，活性和较高的化学稳定性，被广泛用作电催化剂或金属催化剂载体。特别是作为金属基催化剂的载体时，碳基材料不仅能有效地促进金属的分散，甚至会催生单原子催化剂，而且对增强活性具有显著的协同效应。

本文综述了当前最新的碳基材料作为H₂/O₂/CO₂/N₂等电催化过程的载体材料的研究进展。通过实验探索和理论计算相结合的方法，对电催化活性与金属-基体相互作用的基本关系进行了深入的研究，为电催化剂的设计提供了一些线索。最后，讨论了碳负载型电催化剂未来发展面临的挑战和展望。

主要内容：

1. 碳材料：自身具有催化活性的碳材料（缺陷和杂原子掺杂）；作为金属催化剂的载体材料（金属颗粒和单原子）

2. g-C₃N₄：本身作为催化剂；作为金属催化剂载体

3. C₂N：杂原子掺杂的C₂N作为催化剂；作为催化剂载体

4. Boron Carbide (B₄C)

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smtd.201900050

碳材料作为钠离子电池(SIBs)的负极材料引起了人们的广泛关注。开发一种能够在超高倍率下保持长循环稳定性的碳基正极材料对于钠离子电池作为能源器件能够投入实际应用是非常关键的。

制备了硫氮共掺杂的介孔中孔碳球，在2 0Ag⁻¹下具有14 4 mAg⁻¹的高倍率性能，在超高电流密度下具有良好的循环耐久性。有趣的是，在电流密度为20 Ag⁻¹的7 000次循环中，电极的容量逐渐增加到180 mAhg⁻¹。通过电化学测试、非原位透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、新鲜电极和循环电极的拉曼分析，研究了电池优越的电化学性能和容量提高的机理。

这种材料独特而强韧的结构可以增强电子和钠离子的传输动力学，并在高速率下保持快速的钠储存过程中的电容化过程。在连续放电和充电的作用下，碳结构的自重排导致了循环容量的提高。这些结果为钠离子阳极材料的设计开辟了一条新的途径。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900036

碳质材料具有导电性高、比表面积大、成本低等优点，是极具吸引力的超级电容器电极材料。

本文介绍了一种具有分级多孔结构且具有N，O，S均匀掺杂的碳泡沫用作超电材料。使用了软模板法、冷冻干燥技术和化学刻蚀。得到的碳泡沫是大孔结构，包含介孔的孔道，且孔道壁上富含微孔。比表面积高达2685m2/g。在1Ag⁻¹条件下能达到402.5 Fg⁻¹的优异电容，在100Ag⁻¹中能达到308.5 Fg⁻¹的优异速率容量。在相位角为-45°(18.5 Hz)时，KNOSC呈现出Bode频率，仅相当于0.054 s的时间常数。使用KNOSC作为电极的对称超级电容器装置可在1.52s内充电/放电，在功率密度为36kW kg⁻¹的条件下提供15.2Wh kg⁻¹的比能量密度。这些结果表明，拥有孔结构和杂原子的材料是一种很有前途的超快电容器的电极材料。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803665