四、Adv． Mater．：硅烯纳米片正极催化锂氧电池

近日，南洋理工大学的王昕教授（通讯作者）团队采用“自上而下”的方法，从球磨得到的纳米级硅粉出发，采用锂化－脱锂工艺（LDP）制备出仅含几个原子层的硅烯纳米片。研究发现，脱锂过程中采用的溶剂种类对最终产物的结构和形貌具有决定性影响。当采用异丙醇作为脱锂过程中的溶剂时，能得到长度约为30－100 nm，厚度约为2．4 nm的二维硅烯纳米片。将该方法制得的硅烯纳米片作为锂氧电池正极催化剂，其能量效率能达到73％，并具有较高的稳定性。这项工作将锂化－脱锂工艺的适用范围从层状材料拓展到非层状材料，并探究了用该方法可能制得硅材料的结构和形貌。该工作以“Lithiation／Delithiation Synthesis of Few Layer Silicene Nanosheets for Rechargeable Li–O2 Batteries”为标题发表在Adv． Mater．上。

图1 （a） 层状材料；（b） 非层状材料经锂化－脱锂工艺（LDP）得到层状材料的过程对比

在这项工作中，研究人员先用干法球磨得到粒径为100－1000 nm的硅粉。将该硅粉涂覆在铜箔表面作为工作电极，以锂箔作为对电极和参比电极，采用含1 M LiPF6的EC／DMC（体积比为1：1）电解液，构成扣式锂离子电池，在20－50 mA／g的电流密度下放电，并将放电容量控制为500 mAh／g（部分放电）或4200 mAh／g（完全放电）。将工作电极从纽扣电池中取出并在不同种类的溶剂中超声，经脱锂得到不同的硅纳米结构。该工作在脱锂步骤中采用的溶剂包括去离子水、异丙醇、甲醇、乙醇、正丁醇、正己醇。由于溶剂提供质子的能力不仅决定了脱锂步骤中H＋被硅化锂还原生成H2的速率，还决定了不同种类溶剂分子与Li＋结合形成溶剂化锂离子的能力。因此在脱锂步骤中选用不同种类的溶剂，就能调节脱锂速率，形成形貌各异的硅纳米结构。

图2 用锂化－脱锂工艺制备不同的硅纳米结构

通过研究硅电极的锂化程度及脱锂步骤所用溶剂对最终产物的结构和形貌造成的影响，研究人员发现：

（1） 100％锂化的硅电极在去离子水中脱锂后产生了结构与石墨相仿的“硅墨”。（注：仿造Graphite，这种硅纳米结构被作者命名为“Siliphite”。）这种“硅墨”由大量层状硅纳米片堆垛而成，其厚度为几百纳米，长度为10－20 μm。这是由于去离子水提供质子的能力相对较强，使脱锂过程释放大量热量，并伴随有大量气泡产生。经剥离得到的层状硅纳米片表面还没有来得及功能化，就迅速发生堆垛形成“硅墨”。

（2） 100％锂化的硅电极在异丙醇中脱锂后产生了由几层硅烯堆垛而成的硅纳米片，用AFM测得的长度为30－100 nm，厚度约为2．4 nm，并存在厚度为2－3 nm的褶皱。这是由于异丙醇提供质子的能力比水弱，其脱锂速率更慢，剥离得到的硅纳米片有充分的时间进行表面功能化反应，使硅纳米片更稳定，有效阻止了硅纳米片的进一步堆垛和结合，形成较薄的硅纳米片。

（3） 部分锂化的硅电极在异丙醇中脱锂后形成尺寸为300－400 nm的纳米海胆结构，其核心部位为未经锂化的硅核，而壳层由与硅核相连的硅纳米片组成。

图3 （a，b） 硅纳米海胆；（c） 硅墨；（d，e，f） 由几层硅烯组成的硅纳米片的形貌和结构表征

五、Adv． Mater． ： 晶界钝化法制备稳定高效钙钛矿太阳电池

近日，来自陕西师范大学题为“Stable High－Performance Perovskite Solar Cells via Grain Boundary Passivation”的相关研究成果发表于Advanced Materials。陕西师范大学刘生忠教授、赵奎教授与阿卜杜拉国王科技大学Aram Amassian教授为文章的共同通讯作者，硕士生牛天启为文章第一作者。在该研究中，研究人员在钙钛矿晶界处引入带有路易斯酸／碱功能基团的半导体有机小分子，通过形成路易斯酸碱加合物或是卤素－富勒烯自由基，有效地钝化了Pb2＋空位或Pb－I反位缺陷。同时，钙钛矿与小分子间能级匹配度的提升将有助于增强缺陷钝化作用，提高载流子迁移率。晶界钝化在提升器件光电性能的同时，晶界处的疏水型有机小分子能够有效地抵御水汽的进入，提升器件整体的稳定性。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基金、教育部“111引智计划”和“****”项目的资助。

图一：晶界钝化概念模型

（a）． 带有路易斯酸／碱功能基团的半导体有机小分子结构图和能级图

（b）． 路易斯酸／碱功能基团与MAPbI3晶面间的选择性作用

（c－d）． MAPbI3晶界钝化模型

图二：钙钛矿薄膜结晶动力学研究

（a）． 一步旋涂法制备MAPbI3薄膜示意图

（b－e）． 原位GIWAXS测试分析不同分子修饰MAPbI3的相变过程和结晶性质

（f）．  MAPbI3的结晶动力学模型

六、Nano Letter：抑制锂枝晶形成新方法——采用锂金属基电池多孔介质

近期，西北工业大学、美国特拉华大学魏秉庆教授和谢科予教授（共同通讯）团队在Nano Letter期刊上发表题为“Suppressing Dendritic Lithium Formation Using Porous Media in Lithium Metal－Based Batteries ”的文章，纳米能源材料研究中心博士生李楠为第一作者，研究工作也得到了材料学院李贺军教授、宋强副研究员，波士顿大学Emily M． Ryan教授和犹他州立大学Liu Ling教授等在材料制备与理论计算方面的大力支持。本研究结合理论计算与实验结果，阐明了金属锂电沉积过程中多孔介质内部局部离子流量和孔道结构对锂枝晶抑制效果的作用规律，揭示了多孔介质中锂枝晶抑制的普适原理，为研究开发更安全、更耐用的新一代金属电池（Li，Na，K，Al等电池）提供了理论指导。

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