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近年來，人們?cè)O(shè)計(jì)和制備了許多新型納米材料用于可再生、環(huán)保、高效的能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。氮化硼（BN）具有晶體結(jié)構(gòu)，是一種非氧化性材料，由等量的 B 和 N 元素交替連接而成，其中相鄰原子共享相同數(shù)量的電子。與用于電化學(xué)能源系統(tǒng)的碳基材料相比，BN很少用于電化學(xué)存儲(chǔ)。這主要是由 BN 的帶隙和電子結(jié)構(gòu)引起的。由于 N 原子的高電負(fù)性，與 sp2雜化的 δ (B-N) 鍵中的電子對(duì)更集中在 N 周圍，而N的Pz軌道中的孤對(duì)電子僅部分離域B-Pz軌道。這意味著 B-N 的δ鍵中的電子對(duì)離域程度非常低，形成的大π鍵幾乎沒有移動(dòng)，導(dǎo)致 BN 中沒有自由電子。此外，BN具有 4-6 eV 的寬帶隙能量。大多數(shù)理論和實(shí)驗(yàn)都證明BN是絕緣體。這種電子結(jié)構(gòu)阻礙了其電化學(xué)應(yīng)用。雖然在之前綜述已經(jīng)介紹了BN的不同應(yīng)用領(lǐng)域，但很少討論電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，并缺乏對(duì)BN納米材料和電化學(xué)能源技術(shù)的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，澳門大學(xué)：電化學(xué)儲(chǔ)能用BN納米材料的合成與改性。
圖1.BN基納米材料在電化學(xué)儲(chǔ)能中的概述圖。
澳門大學(xué)和南京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作對(duì)此進(jìn)行了綜述。團(tuán)隊(duì)首先討論了BN基納米材料在電化學(xué)儲(chǔ)能方面的優(yōu)勢(shì)和重要性。然后描述近年來開發(fā)的不同新BN制備方法，并總結(jié)了每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。聚焦影響電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素，從第一原理開始介紹BN材料在不同電化學(xué)領(lǐng)域的理論計(jì)算與預(yù)測(cè)（圖 1），包括超級(jí)電容器、可充電電池、電催化和燃料電池。強(qiáng)調(diào)基于這些理論計(jì)算的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以證明BN基納米材料的實(shí)際電化學(xué)應(yīng)用。最后，作者討論了將它們與電化學(xué)系統(tǒng)集成的制備過程的要求，并提出了未來 BN 基能源材料的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。綜述旨在從理論預(yù)測(cè)、可控制備和實(shí)際應(yīng)用的角度激發(fā)研究人員的技術(shù)和理論創(chuàng)新，促進(jìn)高性能綠色能源的快速發(fā)展。
相關(guān)論文以題為Synthesis and Modification of Boron Nitride Nanomaterials for Electrochemical Energy Storage: From Theory to Application發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。通訊作者是澳門大學(xué)洪果助理教授和南京大學(xué)姚亞剛教授。
參考文獻(xiàn)：
doi.org/10.1002/adfm.202106315
封面圖源自于圖蟲創(chuàng)意
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