摘要：高熵合金近年来在电催化领域广受关注.由于其四大“核心效应”,即高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应,高熵合金在诸多电催化反应中展现出了优异的活性和选择性.然而在已报道的文献综述中,有关其优异性能的理解以及合理设计的系统性总结仍然具有局限性.本文不仅综述了高熵合金电催化剂的特点和设计准则,还对其应用的最新进展进行了系统性的归纳整理,对高熵合金未来的发展具有指导意义.首先我们从多个角度阐明了高熵合金作为一种优异电催化剂的原因,包括其出色的机械性能、可优化的结构和组成、大量具有高本征活性的活性位点,以及出色的稳定性.为了进一步深入对高熵合金电催化剂的理解,我们还从设计准则、元素选择,以及理论计算预测材料性质等角度,详细介绍了高熵合金的合理设计.随后,我们介绍了高熵合金电催化剂在电解水、有机小分子氧化、燃料电池和碳/氮基转化反应的最新研究进展,其中还包括了一系列理论计算和原位表征在理解催化反应机理方面的应用.最后,我们展望了高熵合金电催化剂在未来发展中面临的挑战和机遇.

摘要：硅被认为是下一代锂离子电池极具潜力的负极材料.纳米硅的使用缓解了其在锂化时因体积变化引起的颗粒粉碎化.然而,团聚的硅颗粒间的相互挤压仍然会引起硅负极的迅速失效.为此,我们以弹性的石墨烯空心球为媒介在硅粒子之间引入机械缓冲空间,来灵活缓冲硅的体积变化,保持电极结构的稳定性.在锂化过程中,硅体积膨胀产生的应力通过压缩石墨烯空心球的内部空心得到了机械式的缓冲.除此之外,石墨烯空心球还减少了硅颗粒的局部团聚,有效地提高了整体电导率.基于这些优势,所设计的Si/GS电极在0.8 A g^(-1)的电流密度下循环200圈后性能仍维持在1200 mA hg^(-1)以上;在4 A g^(-1)的电流密度下,200次循环后仍可达到1025 mA h g^(-1).

摘要：在所有的CO2电还原产物中,甲烷(CH4)和乙烯(C_(2)H_(4))是两种典型且有价值的烃类产物,它们通过同一CO中间体的加氢(C1)和二聚(C2)反应而形成.理论研究表明,CO中间体的吸附构型和吸附强度决定了反应途径.然而,实验上控制催化剂上CO中间体的吸附构型是一个挑战,因此烃类产物选择性仍然很低.本文合成了两种表面环境可控的铜纳米粒子作为模型催化剂.在相同的还原条件下,所得的催化剂对CH4(83%)和C_(2)H_(4)(93%)具有极高的碳选择性.扫描和透射电子显微镜和X射线吸收谱表征显示了两种催化剂分别具有低配位Cu^(0)位点和局部Cu^(0)/Cu^(+)位点.CO程序升温脱附、原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论研究表明,低配位Cu^(0)位点上桥式吸附的CO倾向于加氢反应产生CH4,而Cu^(0)/Cu^(+)位点上桥式吸附和线性吸附的CO倾向于共聚产生C_(2)H_(4).该研究发现为设计具有可控CO吸附构型的高烃类产物选择性催化剂开辟了一条新途径.

摘要：本文设计了基于二维玻璃态石墨烯的多功能器件.与本征石墨烯相比,扭曲的晶格结构打开了玻璃态石墨烯的带隙,表现出与石墨烯类似甚至更优异的光电探测与化学传感性能.由于玻璃态石墨烯与空气中的小分子间较强的相互作用,该器件受到光致脱附的影响更小,呈现出正的光响应.在405 nm的激光照射下,器件的响应率为0.22 A W^(-1),探测率为10^(10)Jones.此外,玻璃态石墨烯中的固有缺陷和应变可增强分析物的吸附,获得良好的化学传感性能.玻璃态石墨烯器件探测丙酮的信噪比为48,比石墨烯器件提高了50%以上.此外,对偏压和厚度有关的挥发性有机化合物(VOC)感测功能的分析表明,少层玻璃态石墨烯更为敏感.这项研究表明玻璃态石墨烯在集成光电探测和化学传感多功能器件方面具有巨大应用前景.