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物理化学学报
中国化学会
物理化学学报

中国化学会

唐有祺

月刊

1000-6818

whxb@pku.edu.cn

010-62751724

100871

北京大学化学楼W206

物理化学学报/Journal Acta Physico-Chimica SinicaCSCD北大核心CSTPCDSCI
查看更多>>本刊刊载物理化学领域基础和应用研究类文章，面向化学专业高年级大学生、研究生和从事物理化学领域研究的科研人员。以促进学术交流和发展为已任，力图为物理化学领域的工作者提供一个交流的精神园地。
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    锂离子电池硅基负极用功能粘结剂的研究进展

    张景硕翟越赵子云何家兴...
    1-14页
    查看更多>>摘要：硅(Si)具有超高的理论比容量、较低的嵌锂电位及丰富的储量等优势,是发展高比能锂离子电池的关键负极材料.同纳米Si相比,低成本、高振实密度和低界面反应的微米Si应用于高体积能量密度器件独具优势.然而其300%体积形变产生的巨大应力,使得颗粒破碎粉化、电极结构退化以及导电网络失效等问题更为严峻,极大制约了其商业化进程.粘结剂是适应Si体积变化,提供稳定导电网络的重要手段.开发高容量、高稳定微米Si基负极对粘结体系设计提出了更大的挑战.本文首先阐明了粘结剂的基础功能与粘结机制,然后从自愈合、电子导电、离子导电以及参与固态电解质层构建四个方面,总结了Si基负极用功能粘结剂的设计策略和作用原理,最后展望了面向实用化的Si基负极功能粘结剂面临的挑战和未来发展方向.

    锂离子电池硅基负极功能粘结剂自愈合聚合物导电聚合物

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    非富勒烯受体有机太阳能电池稳定性研究进展

    郭雅雯李大伟高杨李翠红...
    15-19页
    查看更多>>摘要：近年来,基于非富勒烯受体(NFAs)的有机太阳能电池(OSCs)取得了迅猛的发展.单异质结OSCs的光电转换效率(PCE)已突破19%,这进一步推动了有机光伏技术的商业化进程.光电转换效率的快速提升源于活性层材料的创新开发、器件工程的优化以及对器件物理的更深刻理解.然而,稳定性问题已成为制约其商业化的一个主要因素.目前,关于活性层材料和电池器件稳定性的研究仍相对有限.在本综述中,我们对NFA-OSCs不稳定性的机理进行了简要介绍,包括NFAs的光氧化降解、不稳定的共混薄膜形貌以及界面层诱导的NFAs不稳定性.同时,我们总结了近年来国内外关于提高NFA-OSCs稳定性的研究策略.期望本综述能为实现高效、稳定的NFA-OSCs提供有益的指导.

    有机太阳能电池非富勒烯受体内部不稳定性光氧化降解形貌不稳定性界面层

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    锌-空气电池隔膜的关键作用及其最新研究进展

    王梦茵黄若贝熊剑峰田景华...
    20-33页
    查看更多>>摘要：在化石能源日益短缺、资源消耗急剧增加的背景下,开发可再生的清洁能源,如太阳能和风能,变得尤为重要.然而,这些清洁能源供应不稳定,因此需要大规模能源转换和储存装置的发展.在这方面,锌-空气电池能量密度高、安全性好、成本低、易组装、对环境友好并且金属锌储量丰富,作为能源储存与转换器件有良好的发展前景,但在应用的过程中仍存在一些问题.其中,隔膜在锌-空气电池中起着隔离正负极,防止短路的重要作用,但关于锌-空气电池隔膜及其改性的研究较少.本文简要介绍了锌-空气电池的发展,以水系碱性锌-空气电池为例,阐述了其工作原理.文中通过理解电池各个组件可能导致电池失效的机制,重点分析了隔膜性能对整体电池性能的影响.其中包括隔膜的离子选择性、离子导电性、稳定性以及保水性等因素.这些因素在锌-空气电池中起到至关重要的作用,直接影响电池的效率、寿命和稳定性.此外,本文还对锌-空气电池隔膜未来发展方向进行了展望.随着科技的进步,锌-空气电池的隔膜材料可能会进行更多的改良和创新,以提高电池的性能和稳定性.对于清洁能源的推动,锌-空气电池在能源储存和转换领域有望发挥更大的作用.

    隔膜离子选择性离子导电性稳定性锌-空气电池

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    离子液体界面修饰的高效稳定FAPbI3钙钛矿太阳能电池

    Yameen Ahmed封想想高远基丁洋...
    34-37页
    查看更多>>摘要：碘铅甲眯(FAPbI3)钙钛矿太阳能电池因其优异的光伏性能而受到广泛关注,但器件的长期稳定性仍然是FAPbI3太阳能电池的关键问题.FAPbI3黑色钙钛矿相在室温下会相变为黄色非钙钛矿相,且水分会加速这一相变.界面工程是提高钙钛矿太阳能电池稳定性的常用方法之一.作为绿色溶剂,离子液体被认为是有毒界面修饰剂的潜在替代品,这也提高了它们的商业可行性,并加速了它们在可再生能源市场的应用.本研究利用具有低挥发性、低毒性、高导电性和高热稳定性的离子液体1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIM[BF4])来修饰钙钛矿太阳能电池的电子传输层和钙钛矿层之间的界面.离子液体的引入不仅减少了界面缺陷,而且提高了钙钛矿薄膜的质量.密度泛函理论计算表明,离子液体与钙钛矿表面之间存在较强的界面相互作用,有利于降低钙钛矿表面缺陷态密度,稳定钙钛矿晶格.除钙钛矿薄膜缺陷外,溶液处理的SnO2也存在表面缺陷.在SnO2表面的缺陷产生缺陷态,也会导致能带对准问题和稳定性问题.密度泛函理论计算表明,有离子液体的表面间隙态比没有离子液体的表面间隙态小,这种减弱的表面间隙态表明表面区域载流子复合减少,有利于提高器件性能.因此,我们实现了功率转换效率大于22%的离子液体修饰的FAPbI3钙钛矿太阳能电池(对照21%).在相对湿度～20%的干箱中存放1800 h以上后,冠军器件保留了初始状态的～90%,而控制器件降解为非钙钛矿黄色六方相(δ-FAPbI3).

    FAPbI3相稳定性SnO2钙钛矿太阳能电池离子液体界面工程

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    构筑高效耐腐蚀的碳铠甲层包覆Co9Se8电催化剂用于海水基锌空气电池

    汪已萱张灿辉汪兴坤段嘉瑞...
    38-40页
    查看更多>>摘要：得益于较高的理论能量密度、环境友好性和丰富的海水储量,海水基锌-空气电池(S-ZABs)被认为是一种极具应用前景的储能和能源转换装置,是解决能源短缺和环境污染问题的能源装置之一.然而对于S-ZABs而言,构筑在海水中具有高耐氯离子腐蚀性与高性能的阴极氧还原反应电催化剂仍然具有挑战性.因此,我们通过高温硒化策略,在氮掺杂介孔碳材料上设计了超薄碳铠甲层封装的Co9Se8纳米颗粒高效ORR电催化剂(命名为NMC-Co9Se8).外部的超薄碳铠甲层不仅可以改善催化过程中的电子转移过程,抑制纳米颗粒的团聚,而且可以作为盔甲保护内部活性位点免受Cl-吸附和腐蚀.得益于这种独特的结构,NMC-Co9Se8在0.1 mol·L-1 KOH海水电解质中表现出优异的ORR性能,其起始电位为0.904 V,半波电位为0.860 V.更重要的是,基于NMC-Co9Se8催化剂的S-ZABs可提供172.4 mW·cm-2的功率密度和超过150 h的优异长期放电稳定性,均高于基于Pt/C的S-ZABs性能.这项工作为开发用于海水基锌-空气电池和其他能源转换技术具有耐氯离子腐蚀且高效的ORR催化剂提供了新思路.

    Co9Se8纳米颗粒氧还原反应超薄碳铠甲层海水锌空气电池耐氯离子腐蚀

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    调控双钙钛矿中高熵组分促进高温析氧反应

    冯炜程于景成杨溢澜郭宜阁...
    41-43页
    查看更多>>摘要：固体氧化物电解池(SOEC)中阳极析氧反应动力学较为迟缓,限制了SOEC器件电催化转化能力,因此针对阳极材料的改性研究对于进一步提升SOEC电化学性能十分关键.高熵钙钛矿(HEP)在许多反应中表现出良好的催化活性,但在SOEC中的应用鲜有研究.本文通过在双钙钛矿的A位或A'位分别掺杂不同的稀土金属、碱土金属或碱金属离子,合成了(Pr0.2La0.2Sm0.2Nd0.2Gd0.2)BaCo2O6-δ(A-HEP)和Pr(Ba0.2Sr0.2Ca0.2Na0.2K0.2)Co2O6-δ(A'-HEP)两种高熵钙钛矿材料.由于掺杂离子平均半径和氧化态的差异,A-HEP保持四方双钙钛矿相结构而A'-HEP则转变为正交单钙钛矿相.物理化学表征结果表明,A-HEP中Co平均价态更高,Co 2p-O 1s杂化更强,从而增加了电子转移路径并降低了转移能垒.同时,A-HEP中表面氧空位浓度更高,可为阳极析氧反应提供更多的活性位点.因此,在具有A-HEP阳极的SOEC中,与氧输运、电子传输和表界面反应过程相关的阳极极化电阻显著降低,并在800 ℃下实现最高1.76 A·cm-2的电流密度和200 h的稳定性.本工作为高熵钙钛矿材料在SOEC阳极中的应用提供了新的策略.

    固体氧化物电解池高熵钙钛矿析氧反应氧空位电子转移

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    硫掺杂碳包覆Fe0.95S1.05纳米球复合材料的储钠性能

    肖雪李佳纯孟祥桐邱介山...
    44-53页
    查看更多>>摘要：铁硫化物因其较高的理论容量,被认为是一种很有前途的钠离子电池负极材料.然而,铁硫化物在充放电过程中存在较大的体积变化,导致其倍率性能和稳定性较差.本文通过简单的一步法策略,制备了一种具有三维簇状结构的硫掺杂碳包覆的Fe0.95S1.05纳米球(Fe0.95S1.05@SC),并研究了其储钠性能.硫掺杂碳层可提高材料的导电率,缓解Fe0.95S1.05纳米球在反应过程中产生的体积膨胀,故提升了材料的稳定性.Fe0.95S1.05@SC的相互贯通的簇状结构,为电子和离子的传输提供了通道,使材料具备优异的倍率性能.在半电池体系中,Fe0.95S1.05@SC在0.1 A·g-1下循环100圈后,保留614.7 mAh·g-1的高比容量,10 A·g-1下比容量仍可以达到235.7 mAh·g-1.在全电池体系中,在0.1和10 A·g-1时,Fe0.95S1.05@SC的可逆容量分别为482.8和288.3 mAh·g-1.该材料具有良好电化学性能,在钠离子电池中具有广阔的应用前景.

    钠离子电池负极硫掺杂碳Fe0.95S1.05@SC电极

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    Ni3+抑制具有阴离子氧化还原活性钠离子电池正极材料的电压衰减

    胡紫霖牛耀申容晓晖胡勇胜...
    54-56页
    查看更多>>摘要：由于钠资源丰富,钠离子电池在大规模储能方面显示出巨大的潜力.随着近年来研究的深入,在正极材料中引入适量的阴离子氧化还原可以有效地提升钠离子电池的能量密度,同时减少高成本过渡金属元素如V、Co和Ni等的用量.有研究表明,材料循环过程中不可逆的氧损失以及Mn4+/Mn3+氧化还原的激活,导致了层状氧化物正极材料持续的电压衰减.本工作通过在Nax[Li,Ni,Mn]O2基钠离子电池正极材料中引入Ni3+作为Mn4+/Mn3+氧化还原屏障,利用Ni3+/Ni2+的氧化还原代替Mn4+/Mn3+的氧化还原,成功抑制了材料的电压衰减.电化学测试结果显示,改性材料在不损失容量的前提下,循环稳定性得到明显提升.X射线光电子能谱结果也验证了Ni3+的引入有利于维持材料多周循环后Mn价态的稳定.

    钠离子电池阴离子氧化还原电压衰减单相固溶反应

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    优化Li||NCM811电池电解液溶剂化和电极电解液界面的阴离子受体添加剂策略

    刘建东李鑫吴达雄王华平...
    57-59页
    查看更多>>摘要：锂金属电池的循环稳定性和倍率能力受制于多个因素,如阳极/阴极电解液界面的品质和电解液溶剂化特性.在该工作中,我们提出了阴离子受体电解液添加剂策略,通过六氟苯添加剂对Li+溶剂化结构进行调控,实现了PF6-的稳定性并提高了电解液的导电性,优化了阳极/阴极电解液界面中间相的组分/结构特征,有效抑制了锂枝晶的生长和提升了阴极表面的Li+传输,Li||Li对称电池在1 mA·cm-2的电流密度下实现超过400 h的稳定循环,并且Li||NCM811电池在200 mA·g-1的电流密度下经过100次循环后的容量保持率达到75%.

    电解液六氟苯阴离子受体锂金属电池锂阳极阳极/阴极电解质界面

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    双层单原子催化剂用于促进高活性和选择性电催化硝酸盐还原制氨

    于镜坤雍雪曹昂卢思宇...
    60-62页
    查看更多>>摘要：高效、高选择性的单原子催化剂(SACs)在电催化硝酸盐还原制氨过程中具有重要作用.然而,由于中间体、金属活性中心和配位环境之间复杂的竞争性电子相互作用,仍然面临挑战.本研究采用密度泛函理论(DFT)计算,对27种SACs以及双层SACs(BSACs)进行了系统研究,通过轴向d-d轨道杂化提高了从SACs到BSACs的电催化硝酸盐还原反应(NO3RR)的活性和选择性.考虑到可能的O端、N端、NO端和NO二聚体途径,计算结果显示,在单层SACs中,Ti-Pc和V-Pc分别具有优异的极限电位(UL),分别为-0.24和-0.48 V.形成能、溶解势以及从头算分子动力学结果表明,在反应条件下,这些催化剂非常稳定.在这些单层TM-Pc中,它们的d带能级和占据数受到dxz/dyz和pz轨道杂化的影响.其轴向dz2轨道的可用性通过形成dz2-dz2相互作用来进一步调整d带和反应性.在此基础上,以Ti-Pc和V-Pc为底物,通过形成轴向d-d轨道杂化来构建BSACs,为调节NO3RR催化性能提供了一种独特的新途径.重要的是,我们发现d带中心(εd)、dxz+dyz轨道的占据数和UL之间存在二维火山关系,用于描述它们的NO3RR催化性能.最佳的BSACs应该同时具备适当的εd和dxz+dyz占用数.Ti-Mo和Ti-Ta被确定为出色的NO3RR催化剂,其UL均降低至-0.13 V.而dz2-dz2轨道之间的杂化则增强了双层金属之间的电荷转移和结构稳定性.缺乏相邻的金属位点将导致生成NO2、NO和N2的能垒较高,从而抑制副产物生成.最终,本研究揭示了在SACs和BSACs上对硝酸盐还原进行合理优化的方法,可为改进电催化剂的设计提供指导.

    硝酸盐还原第一性原理计算单原子催化剂双层单原子催化剂轴向轨道杂化

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