柔性锌-空气电池进展与展望

近年来,人们越来越关注柔性可穿戴电子设备。柔性锌-空气电池由于有较高的理论能量密度以及对像人体一样不均匀表面的适应能力,有望成为下一代电子产品的电源。在柔性锌-空气电池研究领域,人们已经取得了较好的研究进展,各种柔性锌-空气电池的制备方法已被报道。本文阐述了近年来柔性锌-空气电池的主要成就以及面临的困难,特别是关注凝胶电解质、金属阳极以及柔性空气阴极对柔性锌-空气电池电化学性能的影响,最后讨论了柔性锌-空气电池面临的主要挑战与发展前景。

高温热冲击制备用于催化反应的高熵合金纳米颗粒

先进功能材料的研发与合成技术的进步密切相关,因此合成过程中动力学和热力学参数的精准控制对于材料的制备至关重要.传统的高温制造工艺(比如马弗炉、管式炉),由于缓慢的升温和降温速率(0-1K s^(-1)),可以视为由热力学主导的、时刻处于平衡状态的加热过程,由此制备的产物大多具有最低的吉布斯自由能和稳定的原子排列,属于热力学产物.为了打破缓慢升降温速率导致的热力学限制,以动力学为主导的、具有超快升降温速率的高温热冲击(HTS)的合成方法在近年被广泛研究.与传统的高温制造工艺不同,HTS在瞬间通过巨大的能量驱动,可以在秒或毫秒的时间内达到3000 K的峰值温度,具有超快的升降温速率(≥10^(5)K s^(-1)),而且,该方法制备的产物大多只在局部范围内有极小的吉布斯自由能,并非最稳定的状态,是热力学不稳定的产物.这种动力学主导的特征,使其在新型材料(比如常规方法无法获得的高熵成分、热力学亚稳相和表面富缺陷)的探索及可控制备中展现出巨大的优势.在HTS合成所取得的重要进展中,高熵合金(HEAs)纳米颗粒由于具有灵活的组成空间和高熵混合结构,在多相催化反应中展现出较好的活性、选择性以及稳定性,从而受到越来越广泛的关注.HEAs是由5种或5种以上元素以近摩尔比的形式获得多主元合金,由于多种组分导致的高熵效应、晶格畸变效应、缓慢扩散效应和“鸡尾酒”效应,HEAs被认为是理想的催化剂,但是由于传统方法制备的HEAs多为尺寸较大的大块合金,具有较低的比表面积,这极大地限制了其在催化领域的应用.HTS超高的冷却速率可以抑制HEAs的粗化或者相分离,从而制备得到纳米级别的HEAs,有效解决了上述问题.尽管近年来有很多关于HTS和HEAs的相关研究,都未在本质上探讨HTS的相关机理.基于此,本文从能量-空间-时间的角度出发,在根本上探讨了HTS的物理化学原理,全面介绍了具有代表性的HTS技术(焦耳加热、激光加热、微波加热)的设备及机理,总结了HTS制备催化剂相比于传统的热力学主导的近平衡加热方法的优越性,旨在促进新兴的HTS技术进步;同时介绍了HEAs的概念和特点,总结了利用HTS技术制备HEAs及其衍生物的最新进展;最后,对HTS和HEAs的未来研究方向做了总结与展望.综上,本文旨在对推进HTS和HEAs的发展、整合二者的优势做出贡献.