二维 NiFe 配位聚合物经电化学重构调控自旋态,用于 AEM 电解槽尿素氧化
研究通过肼进行选择性位点工程构建了二维 NiFe 配位聚合物(NiFe-2D),经电化学重构转化为活性 Fe-Ni(O)OH 催化剂(AC-2D)。XAS 证实 AC-2D 的配位与电子环境改变并伴随自旋态调控,其在 OER 中于 1.50 V vs. RHE 下达到 100 mA cm⁻²,在 UOR 中于 1.40 V vs. RHE 下达到相同电流密度。
研究通过肼进行选择性位点工程构建了二维 NiFe 配位聚合物(NiFe-2D),经电化学重构转化为活性 Fe-Ni(O)OH 催化剂(AC-2D)。XAS 证实 AC-2D 的配位与电子环境改变并伴随自旋态调控,其在 OER 中于 1.50 V vs. RHE 下达到 100 mA cm⁻²,在 UOR 中于 1.40 V vs. RHE 下达到相同电流密度。
研究团队提出一种以氨基甲酸酯为反应中间体的 CO2 介导合成策略,可在温和条件下 1 分钟内由 CO2 和氨基酸制得 NCA 单体,并实现超快可控 NCA 聚合,得到分子量可预测的氨基酸聚合物。
推荐理由:原文给出 CO2 介导合成氨基酸聚合物的闭环路线与 1 分钟成单体、91.2% 回收率等关键数据,可判断其可控性与回收可行性。
研究报道了一种氧化还原自适应光催化策略,富电子咔唑光催化剂 CBZ6 通过形成 Birch 型咔唑阴离子充当分子氧化还原转换器。在可见光下,CBZ6 可在用于常规光氧化还原反应的中性态与用于超还原催化的阴离子态之间切换,阴离子态激发产生的超还原物种激发态氧化电位约为 −3.6 V vs SCE,明显高于中性激发态的 −2.2 V。
推荐理由:原文给出咔唑阴离子的激发态氧化电位约 −3.6 V vs SCE,读者可据此判断这一光催化策略对惰性 C–F 键的适用范围。
研究提出聚合物–电解质共溶剂化匹配状态,通过协同机制实现锂离子快速选择性传输,并据此制备双调控弱配位凝胶聚合物电解质(DWGPE),由弱化锂离子结合的含氟聚合物骨架、通过氢键固定阴离子的酰胺官能化交联剂和弱溶剂化的己二腈液相组成。
推荐理由:原文给出凝胶聚合物电解质中聚合物与溶剂共溶剂化匹配的设计思路,以及6 C下万次循环的衰减数据。
研究团队设计了一种冠醚基多孔液体电解质,通过大环主体的结构双重性调控微环境,使部分 Zn2+ 的局部溶剂化环境重构,同时以位阻限制多碘化物的缔合与可及性。该电解质在 0.2 A g⁻¹ 下实现 0.77 V 的放电平台(vs Zn2+/Zn)和 0.38 V 的电池极化,并在 1 A g⁻¹ 下 1000 次循环保持 89% 容量,同时缓解介体诱导的锌腐蚀。
推荐理由:原文给出冠醚多孔液体电解质在锌硫电池中的放电平台与循环数据,可据此判断其解耦氧化还原动力学与稳定性的设计思路。
研究将季铵化木质素(QAL)引入聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基凝胶聚合物电解质,利用 QAL 缺电子的季铵基团锚定阴离子、促进 NaTFSI 解离以提高 Na⁺ 电导,同时借助其 π 共轭骨架向反应位点转移电荷,促进 TFSI⁻ 分解并形成稳定的富 NaF SEI。
推荐理由:季铵化木质素同时锚定阴离子并促进 TFSI⁻ 分解,为凝胶电解质兼顾离子电导与稳定 SEI 提供了一条设计思路。
研究优化了一种无氟、可持续且低成本的液晶聚环氧氯丙烷膜,用于质子交换膜。团队基于第一性原理计算得到的机器学习原子间势(MLIP)开展大规模分子动力学,识别出决定质子迁移的关键描述符,发现质子传递受水限域与内部孔道化学的共同调控。据此改性活性官能团使其直接参与质子扩散过程,膜内扩散速率提高三倍,更接近 Nafion 水平。
推荐理由:原文用 MLIP 分子动力学识别质子迁移关键描述符,并据此改性无氟液晶聚环氧氯丙烷膜,为无氟 PEM 的定向设计提供思路。
研究者将功能性有机盐AMPSNa与交联剂PETA原位聚合,制备了凝胶聚合物电解质(GPE),通过将AMPS−锚定在聚合物骨架上削弱Na+与溶剂的相互作用,并利用AMPS−还原生成无机SEI组分,实现Na+脱溶剂化动力学与SEI稳定性的双重调控。
推荐理由:原位聚合的凝胶聚合物电解质通过锚定有机盐阴离子调控Na+脱溶剂化与SEI,为钠离子电容器界面设计提供可迁移思路。
研究揭示丁二腈(SN)在 PEO‒LiTFSI 固态聚合物电解质中于锂金属和正极两侧均发生温度驱动的界面反应,其中正极侧反应对界面退化和容量衰减的贡献大于锂-SN 界面反应。
推荐理由:原文揭示 SN 在 PEO‒LiTFSI 电解质中正极侧界面反应对容量衰减贡献更大,并给出 PEDOT 双层抑制方案。
研究将聚合物电解质用于氢氧根型和氢型磁离子器件,在约2 V电压下即可产生磁离子效应。氢氧根器件把浸碱液的聚合物隔膜、凝胶聚合物电解质和阴离子交换膜分别与Fe/FeOx纳米薄膜电极组合,三种情况下磁矫顽力电压诱导降幅最高达66%;氢器件用质子交换膜向Co/Pd多层电极加载氢,使矫顽力升高。与对应液体磁离子器件直接对比,氢型聚合物器件的可逆性大幅改善,氢氧根型聚合物器件的能效最高提升至四倍。
推荐理由:用聚合物电解质替代液体电解质实现约2 V下的磁离子调控,并给出可逆性与能效的对比数据。
研究者将带有不同烷基与芳香取代基的可聚合紫精衍生物共价引入聚合物,建立从分子到聚合物的微环境工程策略。分子层面取代基的电子与位阻特性调控还原热力学、还原态分子间缔合与变色响应;共价引入后聚合物限域提高电活性紫精单元局部浓度并改善电荷利用率。
推荐理由:原文给出侧链取代基如何调控紫精聚合物的离子捕获与变色动力学,可据此判断电致变色器件的响应与对比度取舍。
研究以咪唑和乙酰丙酸组成的深共晶溶剂为结构化电解质,发现其延展的氢键链与质子化咪唑的快速重取向可增强 Grotthuss 质子扩散,从而绕开高粘度导致低电导率的限制。
推荐理由:原文展示了咪唑/乙酰丙酸深共晶体系中氢键链与质子化咪唑快速重取向如何绕开高粘度限制,实现 Grotthuss 质子传导。
该综述提出水系锌离子电池(AZIBs)多功能水凝胶电解质的跨尺度设计框架,涵盖结构基础、多尺度调控策略与器件级应用。归纳了九类代表性调控策略,包括溶剂化调控、氢键重构、分级交联、有序传输通道、空间异质结构和动态双网络设计,并梳理了其在可穿戴电子、多功能集成器件及生理环境兼容生物电子中的应用。
研究报道一种拓扑自锁策略,通过构建超支化聚离子液体网络,使离子皮肤在冲击下从粘性链滑移状态(0.1 Hz 下剪切储能模量 G′ 约 12 kPa)转变为刚性玻璃态自锁状态(100 Hz 下 G′ 约 70.3 MPa),刚度提升 5858 倍。该离子皮肤同时具备抗冲击与高保真传感的潜力。作者称这一拓扑自锁路径无需依赖传统的颗粒堵塞或特定动态键,为软材料提供了新的防护思路。
推荐理由:原文给出超支化聚离子液体网络在冲击下从粘性滑移转为刚性自锁的模量跃迁数据,可据此判断这类离子皮肤的应变速率响应上限。
研究开发了聚吡咯调控的固态聚合物电解质 PPyPL,通过化学差异化的配位位点重构离子溶剂化结构:吡咯氮位点优先配位 Li+,PPy 主链上的氢位点与 TFSI− 阴离子相互作用,从而同时促进锂盐解离、加速 Li+ 传输并诱导 LiF/Li3N 富集界面形成。
推荐理由:原文给出 PPy 调控固态聚合物电解质的配位设计与室温离子电导率、Li+ 迁移数等关键指标,可据此判断其在固态锂电池中的可行性。
研究团队开发了一种仿生多层异质吸湿(MHH)膜,将蒸汽捕获与液体储存解耦,灵感来自白骨壤叶片的盐管理策略,由可接触空气的纳米纤维界面与刷状水凝胶储层组成。干燥过程中氯化锂(LiCl)在纳米纤维层富集,遇湿空气快速发生界面潮解,盐溶液随后转入下层水凝胶,PEG 侧链通过降低内部扩散阻力促进水传输。
推荐理由:仿生多层吸湿膜把盐富集在纳米纤维界面、水储存在水凝胶层,读者可据此判断快速循环集水的设计思路。
研究团队构建了负载 Zn(OTf)₂ 的聚乙烯醇-硼砂(PVA-B)网络水凝胶电解质,离子电导率达 45.77 mS cm⁻¹。PVA-B 骨架形成非均相静电环境,通过低能垒跳跃机制引导 Zn²⁺ 迁移,同时促进 Zn²⁺ 导电固体电解质界面(SEI)生成以加速界面扩散;水凝胶还重构 Zn²⁺ 溶剂化鞘,抑制副反应并降低去溶剂化能垒。
推荐理由:PVA-B 水凝胶电解质给出 45.77 mS cm⁻¹ 离子电导率,并解释体相与界面 Zn²⁺ 传输的级联协同机制。
研究团队合成了一系列聚(2,2′-二丙基联苯-co-联苯-co-三联苯哌啶鎓)粘结剂(RR X,X=22‒100),通过超酸催化多羟基烷基化制备,发现区域规整度与阳离子化学、离子交换容量和骨架家族解耦。
推荐理由:通过不对称联苯单元的区域规整度调控阴离子交换离聚物粘结剂,在中间区域获得最优的电荷转移与耐久性平衡。
一种水凝胶电解质通过破坏四面体氢键网络并多样化局部配位环境,抑制水结晶与寄生析氢,同时调控界面Zn²⁺转移动力学。对称电池稳定超8000 h,全电池循环15000次,并在−30 °C下保持高可逆性。该热力学–动力学耦合策略为极端条件下高性能水系电池设计提供了思路。
研究团队报道了一种超薄压力门控离子接触(PGIC)传感器,由堆叠的离子导电纳米网层与多孔绝缘纳米网中间层构成,法向压力通过多孔层局部激活离子导电通路,而面内拉伸变形不形成该通路,从而在法向压力下产生离子接触介导的电容响应、在拉伸应变下电容变化可忽略。
推荐理由:原文给出压力门控离子接触结构在拉伸应变下电容几乎不变的设计思路,可供柔性触觉传感界面参考。
研究用超高分子量 AM/AA/AMPS 共聚物与 Zr4+/PEI 复合交联剂制备了具有层级三重交联的海水基水凝胶,用于超深海洋储层开发。加热时 Zr4+ 先与羧基配位形成离子网络,PEI 随后在高温下与酰胺基化学交联,海水中的 Ca2+/Mg2+ 在持续加热中提供额外离子增强。
推荐理由:原文给出三重交联层级与 AMPS 含量对水解抑制的取舍关系,可据此判断海水基水凝胶在高温高盐下的设计窗口。
栅电极通过调控栅/电解质界面的离子电化学注入、保持与提取,成为调控OECT神经形态器件突触可塑性的直接手段。该综述围绕栅材料化学、栅结构与几何、栅介电/电解质界面工程三条主线,梳理了金属、碳、导电聚合物、金属有机框架及新兴复合材料中栅电容、离子选择性、电极几何与界面化学如何决定短时程向长时程可塑性的转变。
研究者开发了电化学荧光显微方法,在工况下测定聚合物涂层内部的 pH 值,以区分局部 pH 与其他因素对电催化的贡献。他们将带荧光 pH 探针的聚乙烯亚胺(PEI)涂覆在多晶金上,以电化学析氢作为 pH 敏感模型反应,用宽场显微镜量化膜厚方向平均 pH 的时间变化,用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)测定膜内 pH 的空间分布。
推荐理由:用荧光显微在工况下测聚合物涂层内 pH 分布,为区分局部缓冲与传质效应提供了可迁移的测量思路。
该工作通过SnF2引发四氢呋喃(THF)原位聚合构建PTHF凝胶电解质,并参与形成富含氟化物和NaxSny的SEI,同时用微米级硬碳(µHC)改性集流体以增强亲钠性。
推荐理由:原文给出PTHF凝胶电解质的Na+迁移数与电化学窗口,并展示无负极钠电池在室温和−10°C的循环数据。
研究团队设计了一种含导电高分子骨架的弹性(110)取向锂负极(e-Li (110)),将(110)晶面取向与优化后的4%拉伸应变耦合,使锂外延生长在30 mAh cm–2容量和25 mA cm–2电流密度下才发生破坏。
推荐理由:原文给出弹性导电高分子骨架与4%拉伸应变耦合的(110)取向锂负极,读者可据此判断高倍率锂金属负极的应变工程路径。
研究报道一种双功能防火微胶囊策略,用于构建兼具灭火能力的分级固态聚合物电解质(HSPEs)。灭火剂全氟(2-甲基-3-戊酮)被封装在经植酸氢铵改性的脲醛树脂壳内,并引入乙烯-醋酸乙烯酯基体;受热时微胶囊快速破裂释放灭火剂抑制燃烧,植酸氢铵衍生壳层形成保护性炭层延缓热与质量传递。
推荐理由:原文给出微胶囊在热刺激下破裂释灭火剂并成炭阻隔的双重机制,以及室温离子电导率与电化学窗口数据。
废弃口罩耳带经NaCl辅助改性被升级回收为柔性直流摩擦纳米发电机(DC-TENG),PEDOT:PSS/PVA/Pullulan复合材料同时充当电极与摩擦层,简化了制备并减少了金属用量。盐处理引入Na⁺–PSS⁻配位,无需有毒掺杂剂或复杂后处理即可提升分子迁移率、界面极化与电荷转移。器件在机械形变下输出约1 V峰值电压、约180 µA电流和0.5 W m⁻²最大功率密度。
一种由聚丙烯酰胺(PAM)、植酸(PA)与 PEDOT:PSS 组成的半互穿网络水凝胶通过一锅法合成,兼具离子-电子双导电机制。该水凝胶断裂伸长率约 2134%、电导率 5.3 S/m,响应时间 160 ms,在 >600% 应变下灵敏度系数达 12,并具长期抗疲劳性能。该传感器可监测人体关节宏观运动,也能捕捉手写笔迹、摩尔斯电码敲击等细微生物力学信号,并实现无线可穿戴人机界面。
研究报道一种表面生长的聚(L-乳酸)-b-聚(2-乙烯基吡啶)胶束刷,以森林状软结构调控金属电沉积的取向与微观结构。该胶束刷通过吡啶富集外壳与金属离子的动态配位持续富集离子,并在胶束间隙沉积还原金属,使锌形成垂直排列的片状结构,而非常规均聚物涂层的平铺沉积。
推荐理由:胶束刷界面把锌沉积从平铺变为垂直取向,并给出成核过电位与循环寿命数据,可对照常规均聚物涂层。
研究用富电子膦酚镍(II)配合物使生物基碳酸二甲酯(DMC)成为高效生产高密度聚乙烯(HDPE)的介质,活性与茂金属催化剂相当。机理研究表明 DMC 可促进吡啶解离、又避免与镍过强配位,从而顺利实现乙烯取代与聚合。引入含碳酸酯共聚单体后得到极性聚乙烯,活性依然良好,并可通过微观结构调控定制功能。
推荐理由:用生物基碳酸二甲酯替代传统溶剂并引入碳酸酯共聚单体,为聚烯烃的绿色合成与极性功能化提供了一条可迁移的催化路线。
研究报道了一种极端水限域策略,将聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸羟丙酯)水凝胶电解质中水的析氧电位提升至2.85 V(相对于Zn/Zn²⁺),远高于约1.58 V的理论值。
推荐理由:原文给出聚(丙烯酰胺-co-丙烯酸羟丙酯)水凝胶电解质把水的析氧电位提升到2.85 V,并说明其抑制水活性的三重机制。
研究考察了电荷分离长度(CSL)对聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯-b-聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯(PCB2-b-PSBX)水溶液微相分离行为的影响。更长的 CSL 显著增强磺基甜菜碱对之间的内聚能,加深相分离的热力学势阱,降低有序化所需的聚合度阈值,并促使在更低浓度下形成有序晶格。