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縱使攬勝四方

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——編語

鋰-二氧化碳電池

澳大利亞新南威爾士大學（University of New South Wales）戴黎明教授課題組聯合北京化工大學胡傳剛教授課題組報道了一種用于鋰-二氧化碳電池正極的催化劑材料。Li-CO₂電池的正極催化劑需要擔負催化還原CO₂及分解Li₂CO₃的任務。這種催化劑材料以氧化石墨烯（GO）為材料，通過氮摻雜和高溫移除氮原子兩步，合成了富有五元碳環、七元碳環等拓撲缺陷的石墨烯。

密度泛函理論計算表明，拓撲缺陷中帶負電的碳是吸附CO₂和分解Li₂CO₃的活性位點。得益于催化劑的高性能，Li-CO₂電池展現出69000 mAh/g（0.5 A/g）的高能量密度；1.0 A/g下可穩定運行600次充放電循環；充放電過電勢為1.87 V（vs. Li⁺/Li）。

封面是利用Li-CO₂電池供給火星探測車的概念圖。火星大氣層中CO₂占96%，是電能的可觀來源。藍色的拓撲缺陷石墨烯網絡與上方飛舞的CO₂分子相互作用，完成了Li?Li₂CO₃的相互轉換（下方陰陽圖），為前方探測車供電。

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超級電容器電極材料

美國杜蘭大學（Tulane University）Michael Naguib教授課題組及合作者報道了一種提升MXene電極在室溫離子液體電解液中儲電性能的方法。室溫離子液體以其電化學穩定性高而可承受高電壓，有利于增加超級電容器的比電容或能量密度。但是MXene材料（如Ti₃C₂T_x）因其層與層之間距離小，無法容納離子液體中的離子，因而儲能容量小。

針對層間距小的問題，作者們利用季銨鹽對Ti₃C₂T_x進行插層，打開層間距，使離子液體中的離子嵌插成為可能。通過改變季銨鹽烷基鏈的長度還能調控層間距大小。

實驗結果顯示經季銨鹽插層后的Ti₃C₂T_x電極在[EMIM]⁺[TFSI]^–室溫離子液體中均比不經處理的Ti₃C₂T_x儲存更多電量。其中十二烷基三甲基銨正離子插層的電極展現出最高的比電容257 F/g（1 mV/s），相當于1428 mF/cm²或492 F/cm³。此外，作者們還利用準彈性中子散射、電化學阻抗、分子動力學模擬等手段，解釋了電極電化學性能與季銨鹽烷基鏈長度的關系：鏈長越長，層間距越大，電極活性比表面積越大，電容越大。但同時離子在層間的傳輸阻力增加，倍率性能變差。

MXene層間因為季銨陽離子插層物（黑白長鏈）存在而被打開，EMIM⁺離子（帶五元環的紅黑分子）得以快速進入層間，完成儲能過程。封面直觀地總結了文章的要點。

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鋰離子電池正極材料

臺灣成功大學Watchareeya Kaveevivitchai教授課題組聯合美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）Ilja Popovs教授課題組報道了一種鋰離子電池有機正極材料。這種有機小分子電極由醌與六氮雜三苯的端基鉗合而成，具有二維電子共軛結構。分子間互相以氫鍵相連，鋪展形成二維超分子組裝體，共軛程度擴大，因而材料導電，滿足電極的基本要求。

電極性能：容量426 mAh/g（200 mA/g）；10 A/g、1000次充放電循環后容量209 mAh/g，容量保持率~85%。作者稱倍率與穩定性能是目前報道的有機小分子電池正極中最棒的。

封面頗具數字感。一輛疾馳的汽車內部剖析開，著重呈現了其中的電池。電池中黑色物質應為文章涉及的有機電極材料。四周的黃色亮球應為鋰離子。畫面下方可見電極材料的分子結構模型和相鄰分子間氫鍵（虛線）。

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鎂離子超級電容器

韓國高麗大學（Korea University）Young Soo Yun教授、韓國仁荷大學（Inha University）Hyoung-Joon Jin教授、韓國國立江原大學（Kangwon National University）Hyung-Kyu Lim教授等探究了鎂離子的溶劑化與超級電容器最大穩定工作電壓的關系。該研究的出發點是電荷大、半徑小的離子溶劑化程度強，會影響溶劑在孔道中的電化學穩定性，從而改變器件工作電壓。

為探究該關系，作者們選取Mg²⁺（陰離子TFSI^–）、小介孔碳（介孔孔徑3-10 nm）、二甲氧基乙烷溶劑為研究對象，發現Mg²⁺的強溶劑化作用能顯著提升溶劑在小介孔中的氧化穩定性，并削弱陰離子對溶劑電化學穩定性的不利影響。它們組成的對稱鎂離子超級電容器可達到4 V的穩定工作電壓，獲得了106 Wh/kg的能量密度與11870 W/kg的功率密度。

透過超級電容器的透明外殼可以看到小介孔碳正負極。漂浮在兩電極間、帶紅球的分子模型代表二甲氧基乙烷溶劑。從遠處綿延而來的黃色小球為Mg²⁺。中間發光的點可能象征揭示三者作用關系真相，對應研究主題。

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鋰離子電池負極材料

四川大學劉文博教授課題組報道了一種核殼結構的鋰離子電池負極材料。該材料以銅網為基底和原料，經熱處理、柯肯達爾（Kirkendall）效應、酸蝕處理，形成SnO₂殼、Cu顆粒核的納米棒結構。Cu顆粒在殼內且數量多，與殼一起形成類似豌豆莢的形狀。

豆莢結構有利于提升電極儲電性能。SnO₂空心殼結構容納SnO₂鋰化過程的膨脹體積；內部Cu顆粒提升電極整體導電性，便于電子向電極內部傳導；“豆莢”生長于銅網上，堅固不易脫落。

實測電極初始可逆電容量高達5.80 mAh/cm²；1 mA/cm²電流密度下充放電200圈后，容量保持率66.7%，庫倫效率近100%。

背景中水晶骨架網絡代表銅網，其上生長SnO₂-Cu“豆莢”。近處一“豆莢”打開，展示了內部結構：綠色莢殼為SnO₂，金黃色豆為Cu。散落Cu顆粒旁邊的剔透小球疑似水分子，是合成步驟中酸蝕過程的產物之一。

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