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朱美芳院士/楊建平/陳俊Adv. Sci.：有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化纖維：電化學(xué)能量應(yīng)用的可控結(jié)構(gòu)

有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化纖維（OIHFs）是一種有趣的材料，其具有固有的高比表面積和柔韌性，以及獨(dú)特的各向異性特性、多樣的化學(xué)成分和可控的雜化結(jié)構(gòu)。在過(guò)去十年中，出現(xiàn)了各種先進(jìn)的OIHFs，其具有優(yōu)異的電化學(xué)能量應(yīng)用性能，包括具有互連的網(wǎng)絡(luò)、豐富的活性中心和較短的離子擴(kuò)散長(zhǎng)度。

東華大學(xué)朱美芳院士、楊建平、澳大利亞臥龍崗大學(xué)陳俊等人全面概述了OIHFs的可控結(jié)構(gòu)和電化學(xué)能量應(yīng)用。首先，為促進(jìn)OIHFs的先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要深入理解基本概念，如組成、界面和合成路線。此外，作者特別強(qiáng)調(diào)具有均勻結(jié)構(gòu)、多內(nèi)部和功能界面的OIHFs的制備方法。這些設(shè)計(jì)良好的OIHFs將有利于電化學(xué)儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換應(yīng)用，如電池、超級(jí)電容器和電催化劑。

目前，靜電紡絲仍然是制備OIHFs最常用的方法。然而，靜電紡絲存在局限性，特別是在實(shí)現(xiàn)有機(jī)和無(wú)機(jī)成分的受控分布方面。未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)該是在分子水平上精確控制有機(jī)/無(wú)機(jī)物種的比例和空間位置。

此外，盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多界面改性方法來(lái)賦予OIHFs不同的界面性質(zhì)，但無(wú)機(jī)組分與纖維基體之間的界面相互作用通常是弱范德華力或靜電相互作用。應(yīng)探索新的合成策略，通過(guò)強(qiáng)界面相互作用（如共價(jià)鍵）將無(wú)機(jī)物種和有機(jī)纖維結(jié)合起來(lái)。

朱美芳院士/楊建平/陳俊Adv. Sci.：有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化纖維：電化學(xué)能量應(yīng)用的可控結(jié)構(gòu)

圖1. OIHFs的代表性結(jié)構(gòu)和時(shí)間表

在結(jié)構(gòu)工程方面，通過(guò)元素?fù)诫s來(lái)調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)為提高OIHFs的本征反應(yīng)活性開(kāi)辟了一條新的途徑。具有高比表面積和良好孔隙率的多孔纖維增加了反應(yīng)物向電催化劑的擴(kuò)散速率并加速了質(zhì)量傳輸，這有利于提高儲(chǔ)能和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的反應(yīng)效率。事實(shí)上，用于各種電化學(xué)能量應(yīng)用的OIHFs的結(jié)構(gòu)工程是完全不同的。

對(duì)于二次電池中的電極材料，在電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，活性材料和纖維基體之間需要合理的空隙空間來(lái)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)力，包括體積膨脹和收縮。協(xié)調(diào)空隙空間和體積能量密度是實(shí)現(xiàn)高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命的關(guān)鍵。對(duì)于電催化反應(yīng)，構(gòu)建高比表面積的電極材料以充分暴露可接近的活性中心將有利于制備最佳催化劑。

此外，高度分散的超小納米晶體和纖維框架的界面組裝是減少副反應(yīng)和防止活性材料聚集的理想方法。另外對(duì)于電化學(xué)能源應(yīng)用，需要大力開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、通用的方法，以廉價(jià)且可擴(kuò)展的方式制備OIHFs。

在這種情況下，構(gòu)建無(wú)添加劑的自支撐電極至關(guān)重要，以確保催化劑和載體之間的良好電接觸。探索制備具有高機(jī)械和電氣性能的集成混雜纖維電極的新方法是未來(lái)研究的一個(gè)重要重點(diǎn)。

朱美芳院士/楊建平/陳俊Adv. Sci.：有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化纖維：電化學(xué)能量應(yīng)用的可控結(jié)構(gòu)

圖2. 用于鋰硫電池的OIHFs

Organic/Inorganic Hybrid Fibers: Controllable Architectures for Electrochemical Energy Applications. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202102859

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/15/4b22eb40a4/

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