乔世璋教授，天津大学化工系获得学士和硕士学位，香港科技大学获得博士学位。曾在澳大利亚昆士兰大学先后任研究员、高级研究员及副教授。现为澳大利亚阿德莱德大学化工学院纳米技术首席教授，澳大利亚昆士兰大学荣誉教授。主要致力于新能源技术纳米材料领域的研究，包括电催化、光催化、燃料电池、超级电容器、电池等。在Nature、Nature Materials、Nature Energy、Nature Communications、J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等国际重要刊物上发表370余篇学术论文，文章总引用次数超过37000余次，h指数为98，并且拥有多项发明专利。乔教授获得了著名的ARC荣获奖学金（2017），埃克森美孚奖（2016），ARC Discovery杰出研究员奖（DORA，2013），新兴研究员奖（2013，美国化学学会ENFL部门）和UQ基金会研究卓越奖（2008）。同时，他还担任多本杂志的副主编。在2021年9月份，乔教授团队独立或与其他课题组合作分别在Nature Communications、Nature Energy、Journal of the American Chemical Society和Energy & Environmental Science上发表最新成果。下面，对这四篇成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！
01
Nature Communications：首次报道，最高工作电压！Al-S电池新进展
硫（S）是金属-硫电池的重要电极材料。它通常与金属负极结合，通过电化学还原形成金属硫化物。近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授等人首次报道了三氯化铝（AlCl3）/尿素离子液体中的可逆硫氧化。AlCl4–阴离子可以氧化硫形成氯化硫化铝（AlSCl7），其能可逆还原为硫，并且效率高达约94%。研究发现，这种氧化还原过程在广泛的高电化学电位范围内是可行的。得益于高可逆性和高电化学电位，铝-硫（Al-S）电池可以在约1.8 V高电压下稳定地循环运行超过200次，是目前已报道的Al-S电池的最高工作电压。然而，已报道的基于硫还原的Al-S电池只能运行几十次循环，并且工作电压低很多，仅约为0.5 V。该工作为硫化学的理解提供了新的思路，并将硫氧化作为实现金属-硫电池高压应用的新途径。Reversible electrochemical oxidation of sulfur in ionic liquid for high-voltage Al-S batteries.Nature Communications, 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-26056-7.https://doi.org/10.1038/s41467-021-26056-7.
02
Nature Energy：亚铁氰化镍作为高性能尿素氧化电催化剂
尿素通常存在于废水中，但是可以用于为燃料电池供电，并作为电解槽中水的替代氧化基质。然而，对尿素氧化反应（UOR）的机理认识不足以及缺乏有效的催化剂阻碍了此类应用的发展。近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授、中国科学技术大学刘庆华教授和安徽大学陈平教授等人报道了在泡沫镍（Ni）上负载的亚铁氰化镍（Ni2Fe(CN)6）催化剂可以驱动尿素氧化反应，对比传统的Ni基催化剂，具有更高的活性和更好的稳定性。通过实验和计算数据表明，尿素氧化反应途径不同于大多数其它Ni基催化剂，包括作为催化活性化合物的NiOOH衍生物。Ni2Fe(CN)6能够直接促进两阶段反应途径，其中包括中间氨的生成（在Ni位点）及其分解为N2（在Fe位点）。由于具有更有利的热/动能的不同速率确定步骤，Ni2Fe(CN)6在1.35 V的电位（等于0.98 V的过电位）下实现了100 mA cm-2的阳极电流密度。该工作为开发具有较高活性和稳定性的UORs电催化剂开辟了新的途径。Nickel ferrocyanide as a high-performance urea oxidation electrocatalyst. Nature Energy, 2021, DOI: 10.1038/s41560-021-00899-2.https://doi.org/10.1038/s41560-021-00899-2.
03
Journal of the American Chemical Society：硫基水系电池：电化学和策略
虽然水系电池因其固有的低成本和高安全性而引起了研究兴趣，但是电极材料的限制容量（小于600 mAh g-1）困扰着实际应用。硫基水电池（SABs）具有理论容量高（1672 mAh g-1）、兼容性好、成本低廉等特点，引起了广泛的关注。尽管SABs的潜在电化学仍然不清楚，包括复杂的热力学演化和动力学指标不足。因此，各种应用系统中的各种不可逆反应意味着SABs的系统复杂性。近日，复旦大学赵东元教授和晁栋梁教授、澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授等人报道了硫（S）基水系电池：电化学和策略的最新进展。本文不是简单地汇编最新进展，而是构建一种从理论到应用的方法。从理论上讲，研究人员已经注意到对水-S相关电化学的批判性评估，包括基本性质评估、瞬态和稳态分析的动力学指标以及热力学平衡和演化。为了将其付诸实施，协同提出了当前的挑战和有前途的战略。在实际应用中，上述工作用于评估和开发设备规模的应用，包括scilicet流SABs、氧化物SABs和金属SABs。最后，为高能SABs的未来发展提供了化学和工程方面的见解。Sulfur-Based Aqueous Batteries: Electrochemistry and Strategies. Journal of the American Chemical Society, 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06923.https://doi.org/10.1021/jacs.1c06923.
04
Energy & Environmental Science综述：ZIBs中Zn/电解质界面的调控方法及有效性评价
水系锌离子电池（ZIBs）由于其安全性、成本效益和环境友好性，引起了广泛的研究。直接使用金属锌（Zn）箔作为负极显著简化了电池制造，同时扩大了水系电池的工作电压窗口，这得益于其防止电解质分解的高过电位。然而，Zn/电解质界面存在严重的枝晶生长和副反应等问题，使得Zn金属电极的库仑效率和寿命远不能令人满意，也激发了界面工程领域解决这些问题的新研究兴趣。由于该领域的迅速发展，迫切需要及时更新界面策略及其有效性评估。近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授等人报道了在ZIBs中Zn/电解质界面的调控方法及有效性评价的综述。本文中，作者从界面的电极和电解质两个方面全面总结了他们对界面策略的基本理解，包括设计机制、创建新方法和技术挑战。更重要的是，作者还分析了界面策略的有效性评估技术，包括电化学方法、表征测量和计算模拟，为今后准确评估和分析ZIBs提供了指导。Regulation methods for the Zn/electrolyte interphase and the effectiveness evaluation in aqueous Zn-ion batteries. Energy & Environmental Science, 2021, DOI: 10.1039/D1EE02021H.DOI: https://doi.org/10.1039/D1EE02021H.
