先進(jìn)的能量存儲和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)迫切需要開發(fā)與之匹配的高性能電極材料。介孔材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，在構(gòu)建具有高功率密度，長壽命，高界面活性和增強(qiáng)的反應(yīng)動力學(xué)的高性能電極上顯示出巨大的潛力。鑒于此，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、李偉教授綜述了介孔材料在電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換和存儲器件中最新研究進(jìn)展，系統(tǒng)闡述了介孔電極表現(xiàn)出的構(gòu)效關(guān)系，并提出了介孔材料在這一領(lǐng)域的研究挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。
為了減輕環(huán)境污染和能源危機(jī)，急需發(fā)展高性能電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換裝置。其中開發(fā)與之匹配的高性能電極材料至關(guān)重要，是電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換器件的核心組件，在性能方面發(fā)揮決定性的作用。
介孔材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，包括高比表面積、大的孔體積、可調(diào)節(jié)的孔徑以及可控的形貌，在諸如吸附、催化以及能量存儲等過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的性質(zhì)，例如，高的比表面積可增加反應(yīng)活性位點(diǎn)，大的孔徑能提高反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳輸效率，以及納米孔墻壁呈現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)等。此外，介孔材料為諸多基礎(chǔ)電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域提供了良好的研究模型，如微納尺度的傳質(zhì)動力學(xué)、電荷轉(zhuǎn)移和存儲機(jī)理以及介孔納米受限空間下界面電化學(xué)反應(yīng)等方面。
近日，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、李偉教授總結(jié)了介孔材料在電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的最新的研究進(jìn)展，在Advanced Energy Materials上發(fā)表了題為“Mesoporous Materials forElectrochemical Energy Storage and Conversion”的綜述論文（DOI:10.1002/aenm.202002152），該文第一作者為祖連海博士和張威博士。
論文從介孔材料的合成、結(jié)構(gòu)、性能及其在電化學(xué)存儲和轉(zhuǎn)換應(yīng)用的內(nèi)在構(gòu)效關(guān)系方面進(jìn)行了深入討論和綜述。重點(diǎn)介紹了介孔材料的結(jié)構(gòu)特性及其在可充電電池、超級電容器、燃料電池和電解槽中發(fā)揮的關(guān)鍵作用，為高性能介孔電極的構(gòu)造提供了獨(dú)特的見解和評論。最后，作者針對電化學(xué)能源存儲和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域急需解決的重要問題，從介孔材料的合成策略、界面工程和結(jié)構(gòu)工程角度提出了相應(yīng)的解決方法和發(fā)展前景。
該篇綜述，為未來能量轉(zhuǎn)換與能量儲存領(lǐng)域中介孔材料可能發(fā)揮的作用進(jìn)行了闡述，為今后人們在新能源領(lǐng)域了解和運(yùn)用介孔材料提供思路。作者認(rèn)為介孔電極在儲能和轉(zhuǎn)換器件的開發(fā)過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但將持續(xù)發(fā)揮重要作用。
通訊作者簡介：
趙東元，中國科學(xué)院院士，復(fù)旦大學(xué)教授、校學(xué)術(shù)委員會主任、先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室主任。2000年被聘為教育部“長江學(xué)者獎勵計(jì)劃”特聘教授；2006年入選“新世紀(jì)百千萬人才工程”國家級人選；2007年當(dāng)選中國科學(xué)院院士；2010年當(dāng)選第三世界科學(xué)院院士。主要從事介孔材料合成、結(jié)構(gòu)和機(jī)理的物理化學(xué)及其催化研究，先后開創(chuàng)多種介孔材料合成新路線，發(fā)明一系列熱穩(wěn)定、大孔徑有序介孔氧化物材料、介孔高分子和碳材料，在介孔分子篩結(jié)構(gòu)、外貌控制及多相組裝機(jī)理等方面形成獨(dú)特見解，為介孔材料的發(fā)展和應(yīng)用做出了杰出的貢獻(xiàn)。在《Nature》《Science》等雜志發(fā)表SCI論文650余篇，論文引用次數(shù)近11萬次。曾獲國家自然科學(xué)二等獎、教育部自然科學(xué)一等獎、國際介觀結(jié)構(gòu)材料協(xié)會成就獎、世界科學(xué)院科學(xué)獎等多項(xiàng)國內(nèi)國際大獎。兼任國際介觀結(jié)構(gòu)材料協(xié)會主席、ACS Central Science 執(zhí)行主編等職位。
李偉，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家，2008年本科畢業(yè)于黑龍江大學(xué)，師從付宏剛教授，2014年博士畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)，師從趙東元院士，主要從事功能介孔材料的定向合成、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)調(diào)控及其在能量轉(zhuǎn)化與儲存應(yīng)用方面的研究。已發(fā)表 SCI論文120余篇，其中以第一或通訊作者在J. Am.Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊上發(fā)表論文60余篇，論文總他引12000余次，H因子52，25篇論文入選ESI高被引論文。曾獲得2016年上海市優(yōu)秀博士論文獎、2017年度教育部自然科學(xué)一等獎（第三完成人）、2019年ClarivateAnalytics “高被引科學(xué)家”，入選2016年上海市青年拔尖人才、2017年上海市青年科技啟明星、2017年上海市東方學(xué)者和2018年上海市千人、2019年教育部青年長江學(xué)者等。
