-20至60°C，13848次！清华大学张如范，Angew！

1天前 • 电池顶刊, 顶刊解读

合理设计具有增强氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）性能的金属氧化物催化剂对于水系可充电锌空气电池（ar-ZAB）的实际应用至关重要。精确调节金属氧（MO）活性物质的电子环境对于提高其 OER 和 ORR 活性和稳定性至关重要，但也具有挑战性。

在此，清华大学张如范团队提出了一种原子级双边调控策略，即通过引入原子分散的Ga来持续调节Ga/MnRuO₂催化剂中Ru-O和Mn-O的电子环境。研究显示，Ga/MnRuO₂催化剂打破了稳定性-活性限制，表现出卓越的双功能性能，电位差（ΔE）仅为0.605 V，并且具有超强的耐久性。

理论计算表明，Ga与Ru-O/Mn-O之间的强耦合电子相互作用调节了金属中心的价态分布，有效调节了*O/*OH的吸附行为，从而优化了反应路径并降低了反应势垒。基于此，Ga/MnRuO₂催化剂的工作温度范围宽达 -20 至 60 °C，在 -20 °C、电流密度为 5 mA cm^-2 的条件下使用寿命长达 2308 小时（即 13,848 个循环）。

图1. Ga/MnRuO₂ 的合成与结构表征

总之，该工作设计了一种高性能的Ga/MnRuO₂催化剂。研究显示，Ga的引入可以平衡Mn和Ru活性位点的价态，打破了活性-稳定性限制，从而提高了ORR/OER和a-r-ZAB的活性和稳定性。

此外，Ga/MnRuO₂ 还表现出超强的耐久性，在 30 万次 ORR 循环后 E1/2 下降仅为 19 mV，在 3 万次 OER 循环后 Ej=10 下降仅为 3 mV。由 Ga/MnRuO₂ 催化剂组装的 a-r-ZABs 在 -20~60 ℃ 的宽工作温度范围内表现出优异的催化性能。因此，该工作为实现高效率的 a-rZAB 提供了一种有效方法。

图2. a-r-ZABs 在不同温度下的性能

Breaking the Stability‐Activity Trade‐off of Oxygen Electrocatalyst by Gallium Bilateral‐Regulation for High‐Performance Zinc‐Air Batteries， Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202420481

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Angew 水系可充电锌空气电池清华大学张如范

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0.1 C到1.0 C！王春生，发表Angew！

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OER镍铁之争，谁更胜一筹？港城大楼雄文，今年已3篇Science/Cell子刊/2篇Angew！

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北京大学郭少军Nature子刊：工业级二氧化碳在图灵结构电催化剂上转化为甲酸盐的过程
15分钟前
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在膜电极组件（MEA）电解槽中，通过电化学合成将二氧化碳（CO₂）还原为甲酸盐并实现工业化，需要同时调整电催化剂和界面水微环境。

基于此，2025年3月20日，北京大学郭少军等人在国际知名期刊Nature Synthesis发表题为《Industrial-level CO2 to formate conversion on Turing-structured electrocatalysts》的研究论文。

在此，作者制备了一系列图灵结构拓扑电催化剂，通过调节表面的氧化物亲和性来控制界面水的取向，从而在工业级别上将 CO₂ 转化为甲酸盐。

实验和理论结果证实了界面水的取向被精确调控，图灵结构拓扑催化剂上四配位与二配位氢键合界面水的比例在 0.26 至 3.10 之间。

作者进一步证明了这些策略在维持甲酸盐电合成高效率方面的有效性，其适用于广泛的工业级电流密度（300–1,000 mA cm⁻²），并构建了火山关系来描述这种关系。

最优的图灵 Sb0.1Sn0.9O₂ 催化剂在 1,000 mA cm⁻² 下实现了 92.0% 的甲酸盐法拉第效率，并在膜电极组件电解槽中于 500 mA cm⁻² 下展现出 200 小时的稳定性。

这项研究结果突显了通过拓扑介导的界面水微环境调控来实现 CO₂ 转化为甲酸盐的工业化前景，并有望对其他有价值化学物的电合成产生积极影响。

Ye, N., Wang, K., Tan, Y. et al. Industrial-level CO2 to formate conversion on Turing-structured electrocatalysts. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00769-9
厦门大学AFM：面向宽温度范围的高能量混合锂离子/金属电池的界面化学与亲锂性设计
38分钟前
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混合锂离子/金属电池能够优化能量密度和使用寿命。然而，混合电池面临着诸如锂可逆性差和枝晶生长等关键障碍。

基于此，2025年3月20日，厦门大学郑志锋、广西大学梁立喆等人在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表题为《Interfacial Chemistry and Lithiophilicity Design for High Energy Hybrid Li-Ion/Metal Batteries in a Wide Temperature Range》的研究论文。

在此，作者设计了一种被石墨化层包裹并装饰有均匀分布的银纳米颗粒的碳纳米纤维（G-CF-Ag），并通过调节界面化学来提升混合电池的性能。

石墨化层中的sp²杂化碳结构有效减少了与电解液的副反应，而银纳米颗粒提高了亲锂性并诱导锂的均匀沉积/剥离。

一种弱溶剂化的1M LiFSI-THF-0.5wt.%LiNO₃电解液通过界面化学作用，在快速充电条件和低温下实现了锂离子的快速传输。

因此，具有500 mA h g⁻¹（≈1.25 mA h cm⁻²）高容量锂沉积的G-CF-Ag||Li电池，在0.2 C倍率下，能够在低于0.1 V的电压下实现716 mA h g⁻¹的超高平台容量，并且在2 C快速充电下150个循环内保持99.1%的平均库仑效率（CE）。

值得注意的是，该电池即使在从50°C到-20°C的宽温度范围内也能稳定运行。

此外，在超低的负极/正极（N/P）比值为0.3的情况下，G-CF-Ag||NCM811电池在0.2 C倍率下提供了587.5 W h kg⁻¹的高能量密度。

在相同的N/P比值下，G-CF-Ag||LFP电池在从50°C到-20°C的宽温度范围内保持稳定的循环性能。

Interfacial Chemistry and Lithiophilicity Design for High Energy Hybrid Li-Ion/Metal Batteries in a Wide Temperature Range，Adv. Funct. Mater.，2025. https://doi.org/10.1002/adfm.202500212
香港城市大学叶轩立Nature子刊：通过平衡互连层中的载流子传输实现高效的钙钛矿/有机串联太阳能电池
42分钟前
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尽管单个钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池已经展现出卓越的性能，但在高效钙钛矿/有机串联太阳能电池（TSCs）中实现类似的突破一直充满挑战，这主要是由于存在较大的电压损失和严重的非辐射复合。

基于此，2025年3月20日，香港城市大学叶轩立等人在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Balancing carrier transport in interconnection layer for efficient perovskite/organic tandem solar cells》的研究论文。

通过探索载流子损失的基本机制，作者发现载流子传输的不平衡，尤其是有机子电池中空穴传输的不足，显著限制了钙钛矿/有机TSCs的整体性能。

在此，作者引入了一种锚定在MoO₃上的空穴传输自组装单分子层（SAM），将原本为n型的MoO₃表面转变为p型。

进一步地，作者引入了一种SAM/MoO₃/SAM三明治结构的空穴传输配置，显著增强了空穴提取能力，促进了载流子传输的平衡，并显著抑制了互连层（ICL）中的非辐射复合。

得益于此，钙钛矿/有机TSCs实现了26.05%的光电转换效率（PCE），开路电压达到2.21 V（经认证为2.216 V），并且操作稳定性得到了增强。

An, Y., Zhang, N., Liu, Q. et al. Balancing carrier transport in interconnection layer for efficient perovskite/organic tandem solar cells. Nat Commun 16, 2759 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58047-3
河南大学AEM：电极-电解液界面调控助力实现具有出色循环稳定性的大容量凝胶态钠金属电池
44分钟前
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凝胶态钠金属电池（NMBs）因其低成本、丰富的钠资源以及高能量密度等优点，被认为是大规模储能的有力候选。

然而，大容量钠金属电池的长期寿命和安全性受到不稳定电极-电解液界面的限制。

基于此，2025年3月20日，河南大学赵勇、石瑞娟等人在国际知名期刊Advanced Energy Materials发表题为《Electrode-Electrolyte Interface Regulation Enables Large-Capacity Gel-State Na Metal Batteries with Appealing Cycling Stability》的研究论文。

在此，作者通过将机械性能优异的凝胶聚合物电解质（GPE）与钠负极上的人工NaBr/NaxSny层相结合，调节电极-电解液界面，从而使对称电池在0.5 mA cm⁻²的电流密度下实现了超过2500小时的长期循环寿命，并且在-20°C下以0.2 mA cm⁻²的电流密度实现了约4700小时的超长循环寿命。

基于Na₃V₂(PO₄)₃的约0.9 mAh cm⁻²的面积容量，SnBr₂-Na|GPE|Na₃V₂(PO₄)₃全电池在1100次循环后展现出96.6%的容量保持率。

这一结果归因于GPE的高离子电导率（3.7 mS cm⁻¹）以及钠表面稳定的无机NaBr/NaxSny层。

这项工作为开发高安全性、大容量的钠金属电池提供了新的见解。

Electrode-Electrolyte Interface Regulation Enables Large-Capacity Gel-State Na Metal Batteries with Appealing Cycling Stability，Adv. Energy Mater.，2025. https://doi.org/10.1002/aenm.202405917
澳大利亚新南威尔士大学AM：通过钌-铬原子对修饰的钌纳米颗粒增强碱性介质中的析氢反应
44分钟前
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精确优化电催化剂的金属-载体相互作用（EMSI）以及调节活性位点的电子结构，对于加速碱性析氢反应（HER）中的水吸附和解离动力学至关重要。

基于此，2025年3月20日，澳大利亚新南威尔士大学悉尼分校卢迅宇、Shujie Zhou等人在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Enhanced Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media via Ruthenium–Chromium Atomic Pairs Modified Ruthenium Nanoparticles》的研究论文。

在此，作者采用了一种有效策略，通过优化的EMSI，将钌单原子（RuSAs）、钌-铬原子对（RuCrAPs）以及钌纳米颗粒（RuNPs）负载到氮掺杂碳（N–C）载体上，从而调节Ru纳米颗粒的电子结构。

所得到的催化剂RuNPs-RuCrAPs-N-C在碱性析氢反应中表现出卓越的性能，在100 mV的过电位下实现了13.15 s⁻¹的周转频率（TOF），比商业Pt/C催化剂（2.07 s⁻¹）高出六倍。

此外，该催化剂在10 mA·cm⁻²的电流密度下具有更低的过电位（η₁₀ = 31 mV），优于商业Pt/C催化剂（η₁₀ = 34 mV）。

实验结果证明，经过RuCrAPs修饰的RuNPs是碱性析氢反应中的主要活性位点，能够促进水吸附和解离的速率决定步骤。

此外，钌-铬相互作用在调节氢气脱附过程中也发挥了重要作用。

本研究通过合理结合单原子、原子对和纳米颗粒，并优化其金属-载体相互作用效应，提出了一种协同方法，以推进高效碱性析氢反应电催化剂的发展。

Enhanced Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media via Ruthenium–Chromium Atomic Pairs Modified Ruthenium Nanoparticles，Advanced Materials，2025. https://doi.org/10.1002/adma.202419360