朱美芳院士/杨建平/陈俊Adv. Sci.：有机/无机杂化纤维：电化学能量应用的可控结构

有机/无机杂化纤维（OIHFs）是一种有趣的材料，其具有固有的高比表面积和柔韧性，以及独特的各向异性特性、多样的化学成分和可控的杂化结构。在过去十年中，出现了各种先进的OIHFs，其具有优异的电化学能量应用性能，包括具有互连的网络、丰富的活性中心和较短的离子扩散长度。

东华大学朱美芳院士、杨建平、澳大利亚卧龙岗大学陈俊等人全面概述了OIHFs的可控结构和电化学能量应用。首先，为促进OIHFs的先进结构设计，需要深入理解基本概念，如组成、界面和合成路线。此外，作者特别强调具有均匀结构、多内部和功能界面的OIHFs的制备方法。这些设计良好的OIHFs将有利于电化学储能和转换应用，如电池、超级电容器和电催化剂。

目前，静电纺丝仍然是制备OIHFs最常用的方法。然而，静电纺丝存在局限性，特别是在实现有机和无机成分的受控分布方面。未来的研究重点应该是在分子水平上精确控制有机/无机物种的比例和空间位置。

此外，尽管已经开发了许多界面改性方法来赋予OIHFs不同的界面性质，但无机组分与纤维基体之间的界面相互作用通常是弱范德华力或静电相互作用。应探索新的合成策略，通过强界面相互作用（如共价键）将无机物种和有机纤维结合起来。

朱美芳院士/杨建平/陈俊Adv. Sci.：有机/无机杂化纤维：电化学能量应用的可控结构

图1. OIHFs的代表性结构和时间表

在结构工程方面，通过元素掺杂来调节电子结构为提高OIHFs的本征反应活性开辟了一条新的途径。具有高比表面积和良好孔隙率的多孔纤维增加了反应物向电催化剂的扩散速率并加速了质量传输，这有利于提高储能和转换系统中的反应效率。事实上，用于各种电化学能量应用的OIHFs的结构工程是完全不同的。

对于二次电池中的电极材料，在电化学反应过程中，活性材料和纤维基体之间需要合理的空隙空间来调节结构应力，包括体积膨胀和收缩。协调空隙空间和体积能量密度是实现高容量和长循环寿命的关键。对于电催化反应，构建高比表面积的电极材料以充分暴露可接近的活性中心将有利于制备最佳催化剂。

此外，高度分散的超小纳米晶体和纤维框架的界面组装是减少副反应和防止活性材料聚集的理想方法。另外对于电化学能源应用，需要大力开发简便、通用的方法，以廉价且可扩展的方式制备OIHFs。

在这种情况下，构建无添加剂的自支撑电极至关重要，以确保催化剂和载体之间的良好电接触。探索制备具有高机械和电气性能的集成混杂纤维电极的新方法是未来研究的一个重要重点。

朱美芳院士/杨建平/陈俊Adv. Sci.：有机/无机杂化纤维：电化学能量应用的可控结构

图2. 用于锂硫电池的OIHFs

Organic/Inorganic Hybrid Fibers: Controllable Architectures for Electrochemical Energy Applications. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202102859

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