
电池 / 催化
徐梽川Nature Chemistry:自旋调控N–N成键,磁化促进氨氧化反应
查看原文电化学氨氧化反应(AOR,NH₃ → N₂),可用于氨燃料电池、氨分解制氢和氨能转化过程。对于 Pt 基催化剂,AOR 通常先经历 NH₃ 部分脱氢,形成 *NH₂、*NH、*N 等 NHx 中间体,然后这些中间体发生 NHx–NHy 偶联,形成 N–N 键,最后进一步脱氢生成 N₂。这篇 Nature Chemistry 中,作者认为 AOR 最困难的步骤在于 NHx 中间体之间的二聚化成键过程,而这个过程可能受到催化剂表面自旋状态影响。
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水系电池Nature Chemistry:硬软离子调控Zn²⁺稳定性,电极电位移动0.6 V
查看原文电解液里加入不同阴/阳离子,会显著改变金属电极的氧化还原电位。这篇 Nature Chemistry 指出:这种变化可以用离子的软硬性质和长程库仑相互作用来解释。Zn²⁺ 周围的阴离子和阳离子本身也会通过软硬酸碱特性改变 Zn²⁺ 的稳定性,从而改变 Zn/Zn²⁺ 电位。
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Nature Energy:不对称锂盐调控CEI,清华刘凯团队实现极端条件锂金属电池
查看原文在高电压、快充和低温条件下,电池主要受正极 CEI 限制:电解液容易持续氧化分解,Li⁺ 去溶剂化和电荷转移也会变慢。这篇 Nature Energy 从锂盐分子结构出发,打破传统 TFSI⁻ 阴离子的对称性,设计不对称锂盐 LiSTFSI。LiSTFSI 可以在 NMC811 正极表面适度氧化并电聚合,形成 LiF 内层和带负电无机聚合物外层组成的双层 CEI。理论计算用 ESP、HOMO 能级、分子动力学、聚合反应能垒和去溶剂化能垒,把“分子结构—氧化反应—CEI 组成—界面动力学”联系起来。
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Nature Nanotechnology:郭再萍&王春生提出疏水液态 LEI,稳定高效水系锌电池
查看原文水系锌电中 Zn 负极容易发生析氢、腐蚀和枝晶生长。传统思路通常依赖高浓盐或共溶剂调控电解液本体,但会降低离子电导率,也可能带来成本和安全问题。这篇 Nature Nanotechnology 提出一种液态电解液界面层(LEI)策略:在 3 m Zn(OTf)₂ 水系电解液中加入少量疏水醚类添加剂 DEE,使其在 Zn 表面自发吸附并聚集,形成疏水液态界面层。这个 LEI 可以排斥水、允许离子传输,抑制析氢和腐蚀,改善 Zn 沉积形貌,同时仍保持水系电解液的高电导率和不燃特性。理论计算主要用 MD 证明 DEE 在电解液中形成类胶束聚集体,并在 Zn 表面富集形成 LEI;吸附能和配位分析进一步说明,DEE 具有强界面吸附和弱 Zn²⁺ 溶剂化特征。
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Nature Energy:崔屹&鲍哲南提出不对称醚溶剂,实现高倍率锂金属电池
查看原文高倍率锂金属电池需要同时解决两个问题:Li⁺/Li⁰ 反应动力学要快,SEI 也要足够稳定。这篇 Nature Energy 从电解液溶剂分子设计入手,提出不对称醚溶剂策略。相比对称醚溶剂,不对称醚可以提高交换电流密度,加快 Li 沉积/剥离动力学。
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JACS:COF 捕获 ⁶Li,扩散比结合更关键
查看原文⁶Li 是聚变氚增殖的重要资源,但 ⁶Li 和 ⁷Li 化学性质几乎相同,分离难度很高。传统吸附分离通常看配体对同位素的结合强弱。但这篇 JACS 指出:在冠醚修饰 COF 中,真正优先被吸附的不是热力学更稳定的 ⁷Li,而是扩散和脱溶剂化更快的 ⁶Li。作者构建了 AB15C5 冠醚修饰 COF,实验发现吸附相富集 ⁶Li;理论计算则说明,AB15C5 对 ⁷Li 有轻微热力学偏好,但 ⁶Li 具有更快扩散和更低脱溶剂化阻力,因此可以优先占据吸附位点。
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