哈爾濱工業大學主辦、Wiley出版集團合作出版的高起點新刊Electron第二卷第一期已於2024年2月正式上線！本期共收錄4篇綜述、4篇研究論文，內容涵蓋單原子催化劑、電催化劑、催化機理、水系鋅離子電池、鋰硫電池、鋰離子電池等領域。本刊所有文章均為開放獲取，歡迎廣大專家學者閱讀下載！
全文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/toc/27512614/2024/2/1
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1. 綜述
為了推動高效非貴金屬單原子氧還原（ORR）催化劑在氫燃料電池及金屬空氣電池中的套用， 電子科技大學陳遠富教授、西北農林科技大學朱銘強教授、澳洲皇家墨爾本理工大學歐建臻教授團隊綜述了鐵基（Fe-N-C）單原子催化劑在實用化過程中面臨的挑戰，如傳統單原子位點（Fe-N᙮）的本征活性不足、單原子位點微環境的定向調控難以實作以及局域微環境與催化活性的構效關系尚未建立等。在該綜述中，作者強調了利用Fe-N᙮位點與金屬團簇、納米顆粒之間的協同相互作用來解決上述問題的可能性與重要性。該綜述涵蓋了該方向最新的實驗與理論研究結果，系統總結了Fe-N᙮位點與團簇、納米顆粒、合金以及其他顆粒復合的Fe-N-C單原子復合催化劑的設計合成方法、結構表征技術、局域微環境對ORR催化活性的影響規律以及催化效能的協同增強策略，最後對Fe-N-C單原子復合催化劑面臨的挑戰和前景進行了總結和展望。該綜述旨在推進研發低成本、高效率、實用化的鐵基單原子催化劑，用以替代金屬空氣電池和氫燃料電池中的貴金屬催化劑。
參照本文：
Srinivas K, Chen Z, Yu H, et al. Recent advances in Fe-N-C single-atom site coupled synergistic catalysts for boosting oxygen reduction reaction. Electron. 2024; 2(1): e26. https://doi.org/10.1002/elt2.26
2. 研究論文
中南大學王海燕教授&張旗團隊針對水系鋅離子電池電解液最佳化設計提出了新的策略。將一種高極性陰離子染料Procion Red MX-5b（PR）引入硫酸鋅電解液中，重構Zn²⁺的溶劑化構型，利用多極性位點強化氫鍵網絡，降低遊離H₂O的反應活性，抑制析氫反應從而緩解腐蝕，提升鋅負極的穩定性；透過對鋅剝離/沈積過程的動態觀測，發現PR特異性吸附改變了表面電場，消除了鋅剝離/沈積的晶面取向偏好，顯著提高了AZIBs的壽命，並揭露了電化學過程中離子遷移演化過程。該策略為水系鋅離子電池電解液設計及界面動態演化機制解析提供了新視角。
參照本文：
Wang H, Hu C, Yang Z, et al. A common polar dye additive as corrosion inhibitor and leveling agent for stable aqueous zinc-ion batteries. Electron. 2023; 2(1): e21. https://doi.org/10.1002/elt2.21
3. 綜述
海南大學田新龍教授、華中科大夏寶玉教授和陜西師範大學陳煜教授團隊綜述了以新型二維材料MXene為基體的析氧電催化劑的研究進展，詳細講述了MXene基復合催化劑的合成及其協同作用，並討論了MXene基析氧電催化劑在電子調控、穩定性和結構演化方面的研究方向。
參照本文：
Chen J, Gao X, Li J, et al. Progress in MXene-based catalysts for oxygen evolution reaction. Electron. 2023; 2(1): e17. https://doi.org/10.1002/elt2.17
4. 綜述
電子科技大學向全軍教授與德國萊布尼茨催化研究所Eszter Baráth教授及Rajenahally V. Jagadeesh教授綜述了軌域混成在催化反應中的作用機制和調控策略以及與之相關聯的反應活性描述符。
破譯多相催化中的軌域混成並且建立對大多數催化反應可靠且通用的描述符是極具前景和挑戰性的。活性位點的軌域狀態，以及催化劑本身與各種反應中間體的軌域混成與表觀活性、選擇性甚至耐久性存在著內在的相關性。基於此，催化作用機理得以更加深入地闡明，從而使高活性催化劑的合理設計成為可能。
參照本文：
Yue X, Cheng L, Baráth E, Jagadeesh RV, Xiang Q. Deciphering orbital hybridization in heterogeneous catalysis. Electron. 2024; 2(1): e16. https://doi.org/10.1002/elt2.16
5. 研究論文
南昌大學楊震宇教授、張澤副教授團隊設計制備了氮摻雜碳納米管限域金屬鎳納米材料（Ni@NCNT），並對其在貧電解液鋰硫電池體系中的套用開展了研究，核心結果如下：
1. 以尿素、硝酸鎳為原料，經高溫煆燒制得Ni@NCNT納米材料，其中金屬鎳納米顆粒尺寸為20~45nm。
2. 金屬鎳能夠強化多硫化鋰的化學吸附，促進多硫化鋰的還原以及硫化鋰的氧化。
3. 碳納米管限域策略能夠有效抑制金屬鎳納米顆粒的聚集，保持材料優良的穩定性和長久高效催化。
4. 以Ni@NCNT修飾隔膜後組裝鋰硫電池，在貧電解液（E/S = 3 μL mg⁻¹）或高硫負載（12.2 mg cm⁻²）條件下，展現出高比容量和優良迴圈穩定性。
參照本文：
Zhang Z, Xu Y, Xiong D, et al. Improving sulfur transformation of lean electrolyte lithium-sulfur battery using nickel nanoparticles encapsulated in N-doped carbon nanotubes. Electron. 2024; 2(1): e19. https://doi.org/10.1002/elt2.19
6. 綜述
廈門大學馬來西亞分校Wee-Jun Ong教授課題組全面深入地綜述了在能源轉換領域中具有重要地位的二維碳基異質結構電催化劑，特別聚焦於在陰極上的析氫反應（HER）和在陽極上的析氧反應（OER）領域。
作為可再生能源中的主力軍之一，氫氣以其極高的能量密度能有朝一日取代傳統化石燃料並解決全球能源危機以及全球暖化。為了高效、穩定、廉價地大規模制取氫氣，研究者們近年來發現二維碳納米片、石墨烯和石墨炔基異質結構電催化劑在HER和OWS領域取得重大突破，表現出傑出的催化活性、良好的導電性和耐久性，是稀有貴金屬Pt/C、RuO₂、IrO₂的優越替代品。未來需最佳化缺陷工程和空洞設計，探索高電流密度下電催化劑表現。套用逆向雙極膜解決不同電解質要求，並且借助機器學習和先進制造技術，提高電催化劑設計和制備效率，助力可再生能源發展。
參照本文：
Mo W, Foo JJ, Ong W-J. Allying interfacial engineering of 2D carbon nanosheet-, graphene-, and graphdiyne-based heterostructured electrocatalysts toward hydrogen evolution and overall water splitting. Electron. 2024; 2(1): e20. https://doi.org/10.1002/elt2.20
7. 研究論文
西安交通大學滑緯博研究員與四川大學郭孝東教授、德國卡爾斯魯厄理工學院Helmut Ehrenberg教授團隊合作，提出了鋰雙位點摻雜策略來調整和最佳化P3型層狀氧化物中的相成分，以增強其在高電壓下的迴圈穩定性。該團隊在原子尺度上系統地研究了不同鋰含量對層狀氧化物Na₂/₃LiₓNi₀.₂₅Mn₀.₇₅O₂+δ的結構的影響規律，發現增加Li含量可以生成P2/O3或P3/P2/O3型層狀復合相。當電壓區間是1.5-4.5V時，P3型Na₂/₃Ni₀.₂₅Mn₀.₇O₂（NL₀.₀NMO, R3m）材料在充放電過程中經歷了一系列的相變：O3⇌P3⇌O3’⇌O3’’。但這種復雜的相變在P2/P3/O3型
Na₂/₃Li₀.₇Ni₀.₂₅Mn₀.₇₅O₂.₄（NL₀.₇NMO）氧化物中被有效抑制。因此，與P3型層狀NL₀.₀NMO正極相比，NL₀.₇NMO正極在高電壓下的迴圈效能得到有效提升。具體而言，NL₀.₇NMO正極在1 C、1.5-4.5V條件下迴圈10次後，容量保持率高達98%，遠高於NL₀.₀NMO（83%）正極。
參照本文：
Yang X, Wang S, Li H, et al. Unveiling the correlation between structural alterations and enhanced high-voltage cyclability in Na-deficient P3-type layered cathode materials via Li incorporation. Electron. 2024; 2(1): e18. https://doi.org/10.1002/elt2.18
8. 研究論文
針對水系鋅離子電池鋅負極的問題，東北大學李犁教授團隊聯合英國中央蘭開夏大學Kelarakis教授團隊提出了一種結晶度工程策略，透過熔鹽處理開發了高結晶性氮化碳（CCN）作為鋅負極界面保護層，其高度有序的結構和豐富的表面極性官能團及預插層K⁺實作了強親水性，Zn²⁺快速擴散動力學和高離子電導率；理論計算證實，與通常報道的具有無定形或半結晶結構的氮化碳（CN）相比，高結晶性氮化碳對Zn具有增強的吸附能力。因此，利用高結晶性氮化碳界面保護層修飾的鋅負極實作了超長的對稱電池迴圈壽命以及優異的全電池迴圈穩定性。這項工作是基於結晶度工程為實作超穩定鋅金屬負極界面保護層的設計提供了一種新的策略，並擴充套件了C₃N₄相關材料在高效能電池中的套用。
參照本文：
Liu C, Zhu Y, Di S, et al. Crystallinity engineering of carbon nitride protective coating for ultra-stable Zn metal anodes. Electron. 2024; 2(1): e29. https://doi.org/10.1002/elt2.29
本刊簡介
【電子】（Electron）是由哈爾濱工業大學主辦，與國際著名出版公司Wiley合作出版的國際性、高質素的學術期刊，由哈爾濱工業大學校長韓傑才院士擔任主編，黃維院士、俞書宏院士、顧寧院士等領銜副主編團隊，60余位領域內知名專家學者擔任編委會委員。期刊編委聚集了17位國內外著名院士，17位科睿唯安全球「高被引科學家」，13位愛思唯爾「中國高被引學者」，10余位國際知名期刊主編或副主編。期刊瞄準「雙碳」背景下的新形勢和新挑戰，以新興材料的「電子」行為為主題，旨在透過跨學科的研究和交流，探索實作可持續發展的最新科學和技術成果，刊發能源、環境、生物醫學、人工智能、電子資訊等領域的材料基礎理論和器件套用前沿成果，推動國際學術前沿領域的跨學科融合，為中國和人類經濟社會的可持續發展貢獻力量。
