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6月第2期《封面大賞》專(zhuān)欄收錄2021年6月第2周Advanced材料科學(xué)類(lèi)頂刊上發(fā)表的關(guān)于能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)的封面文章。

無(wú)鉛鈣鈦礦光電材料

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優(yōu)秀論文（6月第2期）

蘇州大學(xué)Vincenzo Pecunia教授課題組及合作者報(bào)道了一種表征鈣鈦礦光電材料缺陷參數(shù)的方法——光致電流瞬態(tài)光譜（PICTS）。PICTS可表征太陽(yáng)能電池內(nèi)部無(wú)鉛鈣鈦礦類(lèi)材料的缺陷參數(shù)，包括缺陷濃度、缺陷能級(jí)位置以及俘獲截面。此外，作者們還提出了一種利用測(cè)得的缺陷參數(shù)定量表達(dá)材料對(duì)缺陷容忍度的方法。PICTS十分精確，對(duì)極低缺陷濃度（< 1 ppb）仍靈敏，適用于多種鈣鈦礦類(lèi)材料（Cs₃Sb₂I₉、Rb₃Sb₂I₉、BiOI、AgBiI₄）。本工作報(bào)道的方法有望為理性設(shè)計(jì)基于無(wú)鉛鈣鈦礦材料的高性能太陽(yáng)能電池助一臂之力。

封面展示的是在鈣鈦礦晶體表面進(jìn)行的一場(chǎng)臺(tái)球賽。其實(shí)這是對(duì)PICTS方法原理的比喻。PICTS方法依賴(lài)于鈣鈦礦材料中光生載流子（圖示臺(tái)球）被缺陷（圖示藍(lán)色晶格中的空洞）俘獲的過(guò)程來(lái)表征缺陷性質(zhì)，正如將臺(tái)球打進(jìn)球洞的臺(tái)球游戲。

鋰離子電池正極材料

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中山大學(xué)吳明娒教授課題組及合作者發(fā)表了一種具有[110]晶向的Li₄Ti₅O₁₂超薄納米片及其在鋰離子電池中的應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)首先利用第一性原理計(jì)算表明[110]晶向是Li⁺在Li₄Ti₅O₁₂中的最快速傳輸通道?；诖私Y(jié)論，作者們采用乙二醇為晶面導(dǎo)向劑，利用TiO₂-B前驅(qū)體和LiOH鋰源，通過(guò)水熱法和后續(xù)熱處理方法制備出具有[110]取向結(jié)構(gòu)的Li₄Ti₅O₁₂超薄納米片。得益于該獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和片狀納米形貌，所合成的材料展現(xiàn)出顯著改善的鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)：100 C電流密度（17500 mA/g）下電極比容量達(dá)到146 mAh/g；50 C (8750 mA/g) 大電流下充放電循環(huán)1500圈后具有150 mAh/g比容量，比容量保持率88%。恒電流間歇滴定法 (GITT) 測(cè)得該材料在放電過(guò)程中的Li⁺遷移率為1.33×10^-9 cm² s^-1，高出大部分已報(bào)導(dǎo)的鈦酸鋰正極材料的Li⁺遷移率。本工作為研發(fā)快充鋰離子電池提供了重要參考。

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優(yōu)秀論文（6月第2期）

畫(huà)面正中是文章主角——具有[110]取向結(jié)構(gòu)的Li₄Ti₅O₁₂超薄納米片晶體結(jié)構(gòu)。黃色的Li⁺正通過(guò)[110]孔道，象征了Li⁺在材料中高速遷移。背景中的藍(lán)天、綠草、風(fēng)能發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板均指示了清潔能源的大背景。綠色的電池代表新能源存儲(chǔ)裝置，是本研究的直接應(yīng)用。

非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池

奇思妙想！那些登上了Advanced系列雜志封面的優(yōu)秀論文（6月第2期）

日本大阪大學(xué)（Osaka University）佐伯昭紀(jì)教授課題組展示了利用機(jī)器學(xué)習(xí)篩選出高性能非富勒烯有機(jī)太陽(yáng)能電池活性材料。他們利用566個(gè)已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一種隨機(jī)森林模型（Random Forest Model）并以此篩選了200932種具有共軛結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物。作者們不僅僅應(yīng)用算法確定了具有潛力的有機(jī)材料，還實(shí)際合成了一部分基于二苯并噻吩和噻唑并噻唑的預(yù)測(cè)化合物，將其制成太陽(yáng)能電池并測(cè)試以檢驗(yàn)機(jī)器預(yù)測(cè)的有效性。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)性能最佳的PBDTTzEH:IT-4F預(yù)測(cè)物的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.10%，與機(jī)器預(yù)測(cè)值吻合較好。本工作展示了機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)于太陽(yáng)能電池活性材料設(shè)計(jì)的強(qiáng)大輔助作用。

充滿(mǎn)0和1的“大腦”思索出太陽(yáng)能電池片，逐漸延伸、翻轉(zhuǎn)，延向遠(yuǎn)方——該構(gòu)圖形象體現(xiàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池材料的研究主題。畫(huà)面左上方和右下方漂浮著兩種非富勒烯有機(jī)化合物的分子模型，代表了機(jī)器學(xué)習(xí)的對(duì)象。

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