摘要：钠离子电池(SIBs)因其成本低、安全性高等优势引起了愈加广泛的关注与研究。在已报道的SIBs负极材料中,磷由于理论容量极高被认为是最具应用前景的负极材料之一。然而磷的电导率低,且在充放电过程中会发生体积膨胀,极大地影响了其倍率性能和循环稳定性。将磷与锗、锡、铜等金属结合形成金属磷化物可有效提高其导电性,并显著改善磷基负极材料的倍率性能和循环性能。本文主要综述了金属磷化物及其与碳纳米管、石墨烯等复合材料作为SIBs负极的最新研究进展,总结了目前金属磷化物SIBs负极材料存在的问题,比如实际容量偏低、储钠机制研究不够深入等;提出了相应的解决方法和手段,例如复合材料设计和构筑、表面修饰、尺寸形貌调控和先进原位表征手段等;并对金属磷化物SIBs负极材料的发展前景进行了展望。

摘要：电催化水解是生产绿氢的有效途径,但是其阳极的氧气析出反应(OER)动力学缓慢,限制了其大规模应用。采用液相回流法制备了超薄的CoAl-LDH十二边形纳米片,其大的表面积成为良好的催化剂载体,且表面大量未饱和的Co^(2+)可有效配位其他阴离子。结合共沉淀法和离子交换法,在CoAl-LDH纳米片表面组装大量超小的CoFe-PB纳米颗粒,以形成CoAl-LDH/CoFe-PB异质结构,再通过原位磷化策略获得CoAlP/CoFePx@NC异质结构。在磷化过程中,CoFe-PB纳米颗粒会转化为氮掺杂的碳包裹的CoFePx核壳纳米颗粒,以提供足够的活性位点,同时他们也牢固地负载在CoAl-LDH转化而成的CoAlP纳米片的表面,形成稳定的异质结构。由于CoAlP/CoFePx@NC异质结构具有丰富的组分、独特的多孔结构和稳定的片层结构,其可以获得优异的电催化OER活性。在碱性电解液(1mol·L^(-1)的KOH)中,CoAlP/CoFePx@NC在电流密度为10 mA·cm^(-2)下的过电位为334 mV(***)。该研究为低成本和稳定高效的多元金属磷化物基异质结构的电催化剂的设计与制备提供了思路。

摘要：直接甲醇燃料电池具有能量密度高,绿色环保,燃料运输、储存方便等特点,是最具有潜力的未来小型化学电源与可移动电源之一。甲醇电催化氧化是直接甲醇燃料电池的核心反应,因此研发高效、低成本、长寿命的甲醇电氧化催化剂,是当前该领域的研究重点。由于在酸性条件下进行甲醇电催化氧化过程中Pt的不可替代性,开发能够促进甲醇转化为二氧化碳和水的助催化剂是当前主要的研究方向。过渡金属磷化物由于其导电性好,种类丰富,优异地促进水分解产生-OH的能力,非常适合于作为Pt的助催化剂与载体材料。因此,总结了近年来用于催化甲醇电氧化的几类Pt-金属磷化物复合催化剂的研究进展,着重阐述了甲醇电氧化的反应机理,复合催化剂各组分在甲醇电氧化各阶段的作用,复合催化剂的形貌特征、催化活性,以及复合催化剂中不同组分之间协同作用等。最后对目前应用于甲醇电氧化的Pt-金属磷化物复合催化剂的缺点以及未来的发展方向进行了展望。

摘要：新能源汽车的高速发展,对电池材料的能量密度提出更高的要求。磷由于具有比容量高、倍率性好、资源丰富、价格低廉等特性而被视为最具潜力的金属离子电池负极材料之一。针对磷基负极材料在电化学循环过程中存在的体积膨胀率大、循环性能差、导电性差等缺点,将磷与不同材料复合可以提升其电化学性能。本文重点综述了红磷与不同碳材料的复合,复合材料的制备方法、结构设计以及每种复合材料对电化学性能的影响、每种材料的不足及改进措施:天然多孔碳与红磷结合既可保证材料的电化学性能又可控制材料的成本,逐渐成为一种趋势。接着,综述了以红磷为原料制备不同金属磷化物的研究进展,包括不同金属磷化物的晶体结构、制备方法、电化学循环过程中的氧化还原机制以及每种金属磷化物的研究意义:不同金属磷化物用在合适的特定工作环境下可以取得事半功倍的效果。最后,对磷基材料在金属离子电池中的应用前景进行了展望:研究过程以密度泛函理论、第一性原理等手段指导磷基材料的设计,采用真空和超重力等方式对红磷转化加以控制,最终实现对磷基材料大规模、低成本、高安全的应用。

摘要：为金属空气电池等热点能源器件中的阴极氧还原反应(ORR)设计低成本和高效率的无贵金属催化剂仍然是一项巨大的挑战。过渡金属磷化物(TMPs)因其可调的电子结构及优异的催化性能,有望替代贵金属催化剂。本文采用磷化策略(350℃下二次热解),构建了一种在分层多孔炭框架上负载由掺氮炭壳包裹的CoP纳米颗粒催化剂(CoP@NC)。在二次热解过程中,Co纳米颗粒在NaH_(2)PO_(2)生成的PH_(3)气体下原位转化为CoP纳米颗粒,而载体的十二面体结构没有发生改变。在碱性条件下,CoP@NC电催化剂表现出优异的ORR活性,半波电位高达0.92 V,这归因于分散良好的CoP纳米颗粒与炭壳之间的协同耦合以及载体多孔结构实现的高效质量传输。此外,使用CoP@NC组装的锌-空气电池展现出1.51 V的高开路电压和210.1 mW cm^(-2)的功率密度。这项研究将有助于开发低成本和高效率的ORR电催化剂。

摘要：钠离子电池作为一种新型的能源储存技术得到越来越多的关注,尤其是在大规模储能领域具有明显的优势,有望部分取代锂离子电池。钠离子电池磷基负极材料具有高的理论容量和合适的储钠电位,因而受到广泛关注。但部分磷基材料导电性差和循环过程中体积变化大,使得其在产业化应用方面仍面临着严峻的挑战。本文针对磷基钠离子电池负极材料的研究进展,对红磷、黑磷、磷烯、金属磷化物的储钠机理、研究现状、改进策略进行了总结。目前,钠离子电池磷基负极材料的研究主要集中在导电材料复合和限域结构设计。另外,保护性/导电性涂层包覆、元素取代/掺杂改性、新型电解液的使用以及测试电化学窗口的调控也可改善磷基钠离子电池负极材料的电化学性能。富磷相的制备、储钠机理的确定、先进的检测技术和计算模拟的运用、电池配套组分和全电池的研究是未来金属磷化物钠离子电池负极材料的研究方向。

摘要：近日,北京化工大学和美国普渡大学的研究团队合作探索了金属Ru作为活性金属催化丙烷脱氢反应的规律,通过引入和调控非金属元素P的含量获得不同表面配位结构的金属磷化物催化剂,并揭示磷化物纳米颗粒表面金属的几何和电子结构对催化剂选择性和稳定性的作用规律。相关研究成果发表于《美国化学会杂志》。近年来,随着北美页岩气产业的崛起,丙烷脱氢制丙烯不仅可促进丙烯增产,还可实现页岩气的高价值利用。

摘要：锂离子电池作为关键的能量存储装置,在可再生能源和电动汽车等领域中发挥着至关重要的作用。类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs,Zeolitic imidazolate frameworks)是典型的有机框架(MOFs)材料,其可控的孔隙结构和丰富的表面功能性使之成为锂离子电池理想的负极材料之一。综述了ZIFs材料及其衍生物在锂离子电池负极材料中的应用。直接利用类沸石咪唑酯骨架作为锂离子电池负极材料,其多孔结构有利于锂离子的存储和传输,可以显著缓解电极材料在充放电过程中的体积膨胀压力,提高电池的循环寿命和稳定性。通过热处理和化学转化,ZIFs可以转化为衍生物形态,如多孔碳材料、金属氧化物、金属卤化物、金属磷化物及硅复合材料等,这些形态的衍生物不仅保留了ZIFs的结构优势,而且还拥有各自的化学特性,在电池应用方面展现出优异的性能。重点介绍ZIFs金属氧化物和金属卤化物的应用,由于其高理论容量和良好的电化学性能,已成为高能量密度负极材料的有力候选材料。此外,尽管ZIFs及其衍生材料在实际应用中面临一些挑战,如成本较高和制备工艺复杂,但随着研究深入和技术进步,这些问题有望逐步解决。通过优化制备工艺和材料设计,可以进一步提升ZIFs及其衍生材料的电化学性能和实际应用价值。类沸石咪唑酯骨架及其衍生材料在锂离子电池负极材料中的应用前景广阔。