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本網(wǎng)訊（化學(xué)化工學(xué)院）近日，我?；瘜W(xué)化工學(xué)院、高分子及能源化學(xué)研究院陳義旺教授團(tuán)隊(duì)在能源轉(zhuǎn)化和存儲(chǔ)領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展。在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域，通過調(diào)節(jié)鉛基/非鉛基鈣鈦礦吸光層結(jié)晶行為，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定鈣鈦礦光伏器件。在能源存儲(chǔ)領(lǐng)域，通過構(gòu)造和調(diào)控多級(jí)納米結(jié)構(gòu)與電極界面，實(shí)現(xiàn)高效氧還原電催化劑和鋅金屬電池的制備。

得益于簡易的溶液加工方式、優(yōu)異的半導(dǎo)體性能以及對(duì)柔性可穿戴設(shè)備的兼容性，鈣鈦礦太陽電池已成為光伏商業(yè)化應(yīng)用中極具潛力的候選者之一。然而，相比于傳統(tǒng)光伏技術(shù)長達(dá)20年的使用壽命，鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性仍是制約其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素。作為制備鈣鈦礦太陽電池的初始材料，前驅(qū)體溶液中的高活性組分極易發(fā)生副反應(yīng)，從而引發(fā)鈣鈦礦太陽電池的效率批次性以及穩(wěn)定性問題。此外，由于對(duì)溶液表征手段的局限性，前驅(qū)體溶液中膠粒的組裝行為對(duì)后續(xù)晶體的生長影響仍未可知。鑒于此，陳義旺團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)的液體飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀作為“分子眼”評(píng)估前驅(qū)體物種差異，刨析前驅(qū)體溶液接觸空氣后的化學(xué)演變，直觀揭示鈣鈦礦前驅(qū)體溶液老化本質(zhì)1。同時(shí)，結(jié)合氫鍵強(qiáng)度變化與離子團(tuán)簇含量差異，可視化低維鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中膠粒組裝與量子阱演化之間的內(nèi)在聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)低維鈣鈦礦模組可印刷性的突破2。為進(jìn)一步論證氫鍵作用在形核結(jié)晶過程的普適性，在無鉛鈣鈦礦體系中揭示了以鹽析結(jié)晶為主導(dǎo)的反溶劑機(jī)制和以氫鍵強(qiáng)弱為依據(jù)的挑選反溶劑的通用規(guī)則，發(fā)展了以乙酸為代表的一類多功能綠色新型反溶劑3。此外，針對(duì)兩步法中碘化鉛的殘留問題，引入“多功能膠囊”概念構(gòu)筑多孔通道，促進(jìn)固液界面反應(yīng)，并通過下轉(zhuǎn)換效應(yīng)提高光利用率，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽電池的制備4。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步總結(jié)了鈣鈦礦太陽電池中離子遷移的起源和抑制離子遷移的有效策略，并創(chuàng)新性地從整體器件的角度提出了抑制離子遷移的前瞻性方法，為開發(fā)高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽電池提供了新思路5。

針對(duì)當(dāng)前商業(yè)化的鋰離子電池面臨的性能、安全和成本等瓶頸，研發(fā)下一代環(huán)境友好型儲(chǔ)能技術(shù)以提高器件功率密度、能量密度、安全性，降低制造成本顯得尤為重要。得益于資源豐度高及綠色無污染等特性，水系鋅基電化學(xué)儲(chǔ)能器件極具發(fā)展前景。為提高水系鋅空氣電池的功率密度及穩(wěn)定性，陳義旺團(tuán)隊(duì)通過在鄰苯二甲腈功能化石墨烯表面經(jīng)微波聚合原位生長鐵酞菁聚合物，通過液相原位電荷剝離策略，制備得到鐵酞菁聚合物納米片縱向接枝于石墨烯的多級(jí)次納米片，作為高效氧還原電催化劑用于液態(tài)和柔性準(zhǔn)固態(tài)鋅空氣電池6。此外，為克服鋅金屬負(fù)極面臨的枝晶生長、腐蝕、鈍化等問題，團(tuán)隊(duì)采用聚陽離子電解質(zhì)－聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDD）作為添加劑雙向調(diào)控電解液和鋅/電解液界面電場(chǎng)，改善Zn2+遷移行為，誘導(dǎo)Zn(002）優(yōu)勢(shì)沉積，成功構(gòu)筑高可逆和高穩(wěn)定性的鋅金屬電池7。

團(tuán)隊(duì)長期圍繞能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)器件關(guān)鍵材料與技術(shù)等方面開展研究，發(fā)展了一套可全自動(dòng)化印刷制備工藝，實(shí)現(xiàn)大面積柔性固態(tài)能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)器件（太陽電池、超級(jí)電容器、金屬－空氣電池）的制備、集成及應(yīng)用，在專利技術(shù)和工藝優(yōu)化中取得連續(xù)突破，為進(jìn)一步的產(chǎn)業(yè)化提供了支撐。

團(tuán)隊(duì)最新研究成果近期連續(xù)在化學(xué)和材料頂級(jí)期刊Angewandte Chemie International Edition，Advanced Materials和Energy & Environmental Science上發(fā)表（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e2022157; Angew. Chem. Int. Ed.,2023, e202303177; Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e2023016; Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202302701; Adver. Mater., 2023, 2301852; Adver. Mater.,2023, 2302552; Energy Environ. Sci.,2023, 10.1039/D3EE00202K），南昌大學(xué)為論文第一及通訊作者單位。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215799

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303177

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/EE/D3EE00202K

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202301852

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202302552

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301642

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302701

編    輯：譚  潭

責(zé)任編輯：涂金鳳