2019年包信和院士团队发表了哪些成果？

前言：

此前我们曾推出名师志系列，对国内外重要科研团队的研究成果进行了整理。年底了，我们将这一年各研究团队的成果进行汇总，从而对名师志进一步补充，以帮助大家对各位老师的研究成果有更加系统全面的认识。今天，我们盘点一下包信和院士团队在2019年取得的重要研究成果。

1. ANGEWANDTE CHEMIE：OX-ZEO 实现合成气一步转化制备出高品质汽油

High-Quality Gasoline Directly from Syngas by Dual Metal Oxide-Zeolite (OX-ZEO) Catalysis

Na Li, Feng Jiao, Xiulian Pan*, Yuxiang Chen, Jingyao Feng, Gen Li, and Xinhe Bao*

尽管在直接将合成气转化为液体燃料方面做出了重大努力，产物选择性仍然是一个重要的挑战，特别是对于高辛烷值且芳香族化合物含量低的高质量汽油而言。本文介绍了具有一维十元环孔道结构的分子筛（如 SAPO-11 和 ZSM-22）与锌和锰基金属氧化物的结合能够由合成气直接选择性合成汽油范围内的碳氢化合物（C5-C11）。在碳氢化合物中，汽油的选择性达到 76.7 %，在 40.3 % 的 CO 转化率下只有 2.3 % 的甲烷选择性。异链烷烃和直链烷烃的比例高达 15，辛烷值约为 92。此外，汽油中芳香族化合物的含量低至 16 %。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.201902990

2. CHEM：甲烷温和条件下催化转化研究

Direct Methane Conversion under Mild Condition by Thermo-, Electro-, or Photocatalysis

Xianguang Meng,Xiaoju Cui, N Pethan Rajan,Liang Yu, Dehui Deng *, and Xinhe Bao

在温和的条件下将储量丰富的甲烷直接转化为高附加值的化学品是一项极具吸引力的技术，可以满足日益增长的工业原料需求以及全球节能的需要。开发先进的低温活化 C-H 键的催化剂以及反应体系是实现温和条件下甲烷直接转化的关键。近年来发展起来的低温热催化体系或者电催化以及光催化体系下的反应过程，为实现甲烷的高效转化提供了一条经济可行的途径。该综述系统总结了热催化、电催化、光催化在甲烷温和条件下转化的研究进展，尤其对其中具有优异 C-H 活化能力的催化剂进行了重点介绍，在催化剂设计、理论计算模拟、反应条件的选择、产物精确定量等方面进行了详细的论述以期为未来开发更加高效的甲烷转化新途径提供了可行的技术。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.05.008

3. NATURE COMMUNICATION：将客体分子限域在 MOF 笼中的普适方法用于低温催化领域

Rational approach to guest confinement inside MOF cavities for low-temperature catalysis

Tiesheng Wang, Lijun Gao, Jingwei Hou, Servann J.A. Herou, James T. Griffiths, Weiwei Li, Jinhu Dong, Song Gao, Maria-Magdalena Titirici, R. Vasant Kumar, Anthony K. Cheetham, Xinhe Bao, Qiang Fu * & Stoyan K. Smoukov *

在主体纳米孔内对客体分子的几何或电子限域有望使材料具有不同寻常的催化或者光电功能，但对于亚稳态的主体分子，如金属有机框架，仍然是一个挑战。浸渍过程中前驱体等试剂分子由于体积过大或者合成条件不合适均会对主体分子造成破坏。本文中，研究者利用普尔贝图发展了一个普适的在纳米孔内合成客体材料的有效方法。实现了在 MOF 孔内填充氧化钌纳米结构，与传统的 RuO2/SiO2 相比，该材料在 150 °C 下对 CO 氧化过程具有很高的催化活性。这可能由于弱化了 CO/O 之间的相互作用，同时 MOF 包裹 RuO2 表面避免了吸附诱导的催化表面钝化现象。进一步描述了普尔贝客体合成策略的应用，并列举了其他任意客体分子的合成，如金属、氧化物、氢氧化物以及硫化物等。

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https://doi.org/10.1038/s41467-019-08972-x

4. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY：通过合成片状 ZSM-5 用以增强合成气转化中芳烃的选择性

Enhanced aromatic selectivity by the sheet-like ZSM-5 in syngas conversion

Junhao Yang , Ke Gong, Dengyun Miao, Feng Jiao, Xiulian Pan ∗, Xiangju Meng , Fengshou Xiao , Xinhe Bao ∗

芳烃是重要的基础化学品。然而，通过传统的费托合成法直接转化合成气却只能生成很少的芳烃。本文中，介绍了 ZSM-5 与 ZnCrOx 复合的双功能催化剂用于合成气转化制芳烃。特别是具有片层形态的 ZSM-5 晶体能显著提高芳构化活性。晶体 b 轴/a 轴的长度比越小，形成的芳烃越多，但不影响甲烷以及 C2-C4 等小分子的选择性。由于在改变形貌的同时，并没有改变酸性质和Al原子的化学环境，所以芳香烃的选择性增强可能是由于芳烃在这些片状晶体中得到了有利扩散。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.10.008

5. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY：在 ZnCrOx -SSZ-39 双功能催化剂上实现合成气向丙烷的高效转化

Selective conversion of syngas to propane over ZnCrOx -SSZ-39 OX-ZEO catalysts

Gen Li , Feng Jiao, Dengyun Miao , Yong Wang , Xiulian Pan ∗, Toshiyuki Yokoi , Xiangju Meng , Feng-Shou Xiao , Andrei-Nicolae Parvulescu , Ulrich Müller , Xinhe Bao∗

氧化物-沸石（OX-ZEO）双功能催化剂的设计理念已经在混合轻烯烃、乙烯、芳烃和汽油等化工产品和燃料的直接转化过程中得到了验证。在此，介绍了 ZnCrOx-H-SSZ-39 催化剂可以保持在 63 % 的 CO 转化率下，液化石油气的选择性达到 89 %，其中丙烷的选择性达到 80 %。有趣的是，SSZ-39 的酸性位点数量对烃类的分布影响不明显，但是其强度对丙烷的选择性起着至关重要的作用。这项发现为通过合成气从多种碳资源中合成液化石油气提供了一条新的路径。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2019.07.006

6. CHEMICAL REVIEWS：二维材料限域单原子催化剂：概念，设计和应用

Catalysis with Two-Dimensional Materials Confining Single Atoms: Concept, Design, and Applications

Yong Wang, Jun Mao, Xianguang Meng,Liang Yu,Dehui Deng*, and Xinhe Bao*

二维材料和单原子催化剂是催化研究的两个前沿领域。近年来，将这二者结合起来的新型催化剂得到了迅速发展，并具有显著优势，这也使其逐渐成为一个独立的研究领域。该文章系统综述了近年来在二维材料限域单原子催化方面的研究进展，重点讨论了单原子（金属或非金属）限域在二维材料（石墨烯、g-C3N4 和硫化钼等）中所形成的独特的电子态对催化性能的调变以及两者结合在催化中所具有的独特优势。系统介绍和讨论了二维限域单原子催化剂的经典合成方法、先进的表征手段和各种催化反应。最后结合当前的发展，分析了这一新兴领域所面临的机遇和挑战。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00501

7. CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS：CeO2(111) 和 CeO2(100) 的界面控制合成及其在 Pt(111) 上的结构转变

Interface-controlled synthesis of CeO2(111) and CeO2(100) and their structural transition on Pt(111)

Yi Zhang, Wei Feng, Fan Yang *, Xinhe Bao*

铈基催化剂因其晶面依赖的催化性能而闻名，为了从分子水平上理解其表面化学行为，需要控制合成具有明确表面结构的二氧化铈。因此，作者研究了具有纳米结构的 CeOx 和 Pt（111）薄膜的生长过程。目前经常采用金属-氧化物之间强的相互作用来解释在 Pt/CeOx 催化剂上的催化过程。但是，在原子水平上尚不理解 Pt-CeOx 的相互作用。研究表明 Pt 和 CeO2 之间的界面相互作用确实可以影响 CeO2 的表面结构，从而可以影响催化性能。尽管 Pt（111）上的 CeO2 通常会暴露 CeO2 的（111）晶面，研究者却发现，由于 Pt 和 CeOx 之间的电子相互作用，三层或者三层以下的 CeO2 的结构是高度动态的，并且依赖于退火温度，采用两步动力学受限生长过程来制备完全覆盖 Pt（111）表面的 CeO2 薄膜。对于 Pt（111）晶面上~3-4 单层（ML）厚度的 CeO2 薄膜，在 1000K 的超高真空中进行退火会导致 CeO2（100）的生成，并被 c-Ce2O3 缓冲层所稳定。在 900K 条件下进一步氧化将发生 CeO2（100）薄膜的晶面向六边形的 CeO2 晶面的转变。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1872206718631717

8. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY：高活性和稳定性的 Pd/BC 催化剂用于 4-羧基苯甲醛的氢化反应

A highly active and stable Pd/B-doped carbon catalyst for the hydrogenation of 4-carboxybenzaldehyde

Kai Tie, Xiulian Pan ∗, Tie Yu , Pan Li, Limin He , Xinhe Bao ∗

硼被引入碳材料的结构中，该碳材料被用于 Pd 催化剂的载体，用于4-羧基苯甲醛的氢化反应。通过 N2 物理吸附-脱附、拉曼光谱、电感耦合等离子体发射光谱、元素分析、高分辨透射电子显微镜、CO 脉冲化学吸附以及X射线光电子能谱表征了载体和相应催化剂的物理性质和化学组成。结果表明，与碳和氮掺杂的碳载体相比，由于 Pd 纳米粒子分散更均匀、介孔结构的存在以及 Pd 纳米颗粒和载体之间相互作用的增强，Pd/BC 催化剂具有更为优异的活性和稳定性。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.05.021

9. ANGEWANDTE CHEMIE：Au/YSZ 界面促进高温氧析出反应

Oxygen Evolution Reaction over the Au/YSZ Interface at High Temperature

Yuefeng Song, Si Zhou, Qiao Dong, Yangsheng Li, Xiaomin Zhang, Na Ta, Zhi Liu, Jijun Zhao, Fan Yang, Guoxiong Wang*, and Xinhe Bao*

析氧反应（OER）是在高温条件下，在固体氧化物电解槽中发生的缓慢电催化反应。钙钛矿氧化物已经被广泛用于催化 OER，但是，在氧化物/氧化物界面处形成的富阳离子的二次相抑制了活性位点并降低了 OER 性能。在此，我们证明了 Au/YSZ 的 YSZ 界面具有比镧锶锰酸盐/YSZ 阳极更高的 OER 活性。电化学表征和密度泛函理论计算表明

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https://doi.org/10.1002/anie.201814612

10. ADVANCED MATERIALS：二维材料限域催化用于能源转化

Confinement Catalysis with 2D Materials for Energy Conversion

Lei Tang Xianguang Meng Dehui Deng* Xinhe Bao

二维材料独特的几何和电子结构使其在催化领域引起了科研人员广泛的研究兴趣。其中，二维材料自身的晶格，以及二维材料与其它材料形成的杂化结构为催化活性位提供了独特的限域环境。对于二维材料限域催化的基本理解将有助于理性设计高性能的二维催化剂。二维材料限域催化在能源小分子如氧气、氢气、水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和甲醇等催化转化方面，有着潜在的应用前景。作为两个代表性的二维材料限域催化体系，二维材料晶格限域单原子和二维材料限域金属颗粒已在一些催化反应中展现出了高的催化活性、选择性和稳定性。该进展报告总结了二维材料限域催化体系在结构设计、反应应用，以及构效关系中的研究进展，重点介绍了不同二维材料表界面调控方式对限域环境和活性中心的影响，并就二维材料限域催化在能源小分子转化和利用方面进行了总结和展望

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.201901996

11. NATURE COMMUNICATION：室温条件下电化学水汽变换制备高纯度氢气

Xiaoju Cui, Hai-Yan Su, Ruixue Chen, Liang Yu, Jinchao Dong, Chao Ma , Suheng Wang,Jianfeng Li , Fan Yang , Jianping Xiao, Mengtao Zhang, Ding Ma , Dehui Deng*, Dong H. Zhang ,Zhongqun Tian & Xinhe Bao

目前，水汽变换（WGS）反应（CO + H2O → H2 + CO2）是工业上大规模制备氢气的主要方法。但 WGS 过程通常需要在高温（180°C-250 °C）和高压（1.0-6.0MPa）的条件下进行。除了苛刻的反应条件，通过 WGS 反应制得的氢气往往含有约 1%-10% 的 CO 残留及反应产物 CO2 和 CH4 等，需要进一步的分离纯化才能进行下游的应用。本文介绍了在常温常压条件下通过电化学水汽变换过程实现 99.99 % 高纯氢的制备并且达到接近 100 % 的产氢法拉第效率。优化后的 PtCu 催化剂在 EWGS 反应中的阳极起始电位降低至近 0 V，显著低于电解水的阳极理论电位 1.23V；在0.6V时LSV电流密度达到 70 mA/cm2，比商品的 Pt/C 催化剂的活性提升了 12 倍以上；该催化剂经过 475 小时的稳定性测试后仍能够保持高的活性。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07937-w

12. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY：单壁碳纳米管限域的碳化钼纳米颗粒增强析氢反应

Enhanced hydrogen evolution reaction over molybdenum carbide nanoparticles confined inside single-walled carbon nanotubes

Tingting Cui , Jinhu Dong, Xiulian Pan*, Tie Yu , Qiang Fu , Xinhe Bao*

碳纳米管是一种独特的纳米反应器，可以用于调节限域纳米催化剂的催化活性，本文作者介绍了可以通过将碳化钼纳米颗粒封装在直径为 1-2 nm的单壁碳纳米管的形式来增强其析氢反应的催化性能。MoCx 纳米粒子负载在单壁碳纳米管内表面的催化剂（MoCx @SWNTs）展现出比 MoCx 纳米粒子负载在单壁碳纳米管外表面的催化剂（MoCx /SWNTs）更低的过电位和较小的塔菲尔斜率。这可能归因于，与 MoCx/SWNTs 相比，MoCx@SWNTs 催化剂具有更小的粒子尺寸和更多的还原态的 MoCx NPs 以及更大的比表面积。此外，限域的MoCx NPs 的电子结构可能会受到单壁碳纳米管限域效应的影响，因此氢原子在限域的 MoCx NPs 上的吸附自由能也可能有助于其具有更好的催化性能。这些结果表明，单壁碳纳米管值得进一步探索以构建具有优异催化性能的新型催化剂。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.03.006

13. CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS：MNx 活性位点在二氧化碳电化学还原反应中的应用

Transition metal‐nitrogen sites for electrochemical carbon dioxide reduction reaction

Chengcheng Yan, Long Lin, Guoxiong Wang *, Xinhe Bao *

目前由可再生电力驱动电化学 CO2 还原反应（CO2RR）成为最有前途的 CO2 转化技术，有望实现碳的有效循环。高效、稳定、经济的催化剂是在不久的将来应用于实际所迫切需要的。之前对于由常见元素组成的原子级分散、具有最大原子利用率的MNx位点的研究证明了他们在CO2RR上的催化性能。这篇综述总结了在许多包含过渡金属大环络合物、金属有机框架以及MNx掺杂的碳材料上实现有效 CO2RR 的 MNx 活性位点的最新研究进展，其中包括了实验和理论研究。同时本文也讨论了金属中心、配位体和导电载体对本征活性和选择性的作用，以及反应条件对改善催化性能的重要性，提出了在这些含 MNx 的材料上的 CO2RR 机理，为合理设计有效的 CO2RR 催化剂提供了有效的指导。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1872206718631614

14. ADVANCED MATERIALS：固体氧化物电解池中 CO2 电解的发展、挑战与展望

High-Temperature CO2 Electrolysis in Solid Oxide Electrolysis Cells: Developments, Challenges, and Prospects

Yuefeng Song, Xiaomin Zhang, Kui Xie, Guoxiong Wang*, and Xinhe Bao*

固体氧化物电解池中通过电激活 C=O 键实现高温 CO2 电解过程，将 CO2 转化为高附加值的化学燃料，从而大大降低 CO2 的排放。如果以可再生能源为驱动力，它还可以提供一种先进的储能方法。和低温电化学 CO2 还原相比，高温 SOECs 中的 CO2 电解具有更高的电流密度和能量效率，因此近年来备受关注。本文重点介绍了其发展历史及其基本机理、负极材料，氧离子导电电解质材料以及阳极材料。综述了电极、电解液、电极电解液界面的降解问题，介绍了采用低成本燃料辅助阳极氧化物以降低阳极过电位和电耗。另外，还对 SOECs 中高温 CO2 电解的未来研究提出了挑战和展望。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.201902033

15. ANGEWANDTE CHEMIE: 基于固体氧化物电解池的乙烷电化学脱氢制乙烯

Interfacial Enhancement by γ-Al2O3 of Electrochemical Oxidative Dehydrogenation of Ethane to Ethylene in Solid Oxide Electrolysis Cells

Yuefeng Song, Le Lin, Weicheng Feng, Xiaomin Zhang, Qiao Dong, Xiaobao Li, Houfu Lv, Qingxue Liu, Fan Yang, Zhi Liu, Guoxiong Wang*, and Xinhe Bao

乙烷氧化脱氢反应的发展由于深度氧化以及潜在的安全隐患受到严重限制。现在将乙烷通入 SOEC 阳极，利用阴极 CO2 电解产生的氧物种催化转化乙烷制乙烯，并通过在 LSCF-SDC 阳极表面修饰 γ-Al2O3 进一步提高 ODE 活性。在 γ-Al2O3 负载量为 0.390 mg cm-2 时，600 °C 条件下，乙烯的选择性最高达到92.5%，乙烷的转化率最高为29.1%。原位XPS表征结果以及DFT理论计算表明LSCF-SDC阳极表面修饰-Al2O3之后，电极表面氧空位以及吸附氧物种数量减少，而且界面处Al-O-Fe的形成促进了乙烷的吸附，从而提升了乙烯的选择性和乙烷的转化率。同时，Al-O-Fe的形成改变界面Fe中心的电子结构，使费米能级附近的态密度增大，空带下移，增强了对乙烷的吸附和转化过程。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908388

16. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY：金纳米粒子改性的 LSM-YSZ 阳极显著增强固体氧化物电解池性能

Improving the performance of solid oxide electrolysis cell with gold nanoparticles-modified LSM-YSZ anode

Yuefeng Song , Xiaomin Zhang , Yingjie Zhou, Houfu Lv, Qingxue Liu , Weicheng Feng, Guoxiong Wang ∗, Xinhe Bao ∗

金是固体氧化物电解池（SOEC）中常见的集流体，传统上认为金是 SOEC 阳极上析氧反应的惰性物质。在此，将金纳米粒子负载到传统的锶掺杂的镧、锰、钇稳定的氧化锆（LSM-YSZ）阳极上，此举明显改善了 800 °C 条件下的析氧反应性能。在 LSM-YSZ 上负载金纳米粒子后，1.2 V 1.4 V 下的电流密度分别增加了 60 % 和 46.9 %。物理化学表征和电化学测试结果表明，SOEC 性能的提高主要是由于阳极反应中电子传递加快以及负载金纳米粒子的 LSM-YSZ 阳极上形成了新的三相边界。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2019.03.013

17. JOURNAL OF ENERGY CHEMISTRY：Ce0.8Gd0.2O1.9纳米颗粒渗透至Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ 阴极表面并用于 CO2 在固体氧化物电解池中的电化学还原过程

Infiltration of Ce0.8Gd0.2O1.9 nanoparticles on Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ cathode for CO2 electroreduction in solid oxide electrolysis cell

Houfu Lv, Yingjie Zhou , Xiaomin Zhang, Yuefeng Song, Qingxue Liu, Guoxiong Wang∗, Xinhe Bao∗

固体氧化物电解池（SOEC）能够在气固界面通过电化学方式将 CO2 转化为 CO，具有较高的电流密度和法拉第效率，因此，近年来受到了越来越多的关注。开发电解池阴极上用于电化学 CO2 还原反应（CO2RR）的高效催化剂至今仍然是 SOEC 领域研究和发展所面临的重大挑战。Sr2Fe1.5Mo0.5O6-δ（SFM）是一种很有发展前景的SOEC阴极材料，但是其对于 CO2RR 并没有足够的活性。本文中将 Ce0.8Gd0.2O1.9（GDC）纳米颗粒渗透至 SFM 表面形成复合 GDC-SFM 阴极，以此改进了 SOEC 中 CO2RR 的反应性能。在 1.6 V 和 800 °C 条件下，负载为 12.8 wt % GDC 渗入 SFM 表面形成的复合阴极电流密度达到 0.466 A cm-2，明显高于单纯的 SFM 阴极的电流密度（0.283 A cm-2）。CO2 程序升温脱附实验显示 GDC 纳米粒子的渗入显著增加了表面活性位点的密度和三相边界，这有利于 CO2 的吸附以及后续的转化。电化学阻抗谱结果显示，GDC 纳米粒子渗入以后，负载为 12.8 wt % 的GDC-SFM 阴极的极化电阻由 0.4 Ω cm2 降低至 0.30 Ω cm2。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.11.002

18. NATURE COMMUNICATION：SrTiO3 超宽带光热电探测器中的声子增强效应

Phonon-enhanced photothermoelectric effect in SrTiO3 ultra-broadband photodetector

Xiaowei Lu, Peng Jiang∗ & Xinhe Bao∗

基于光热电效应（PTE）的自驱动和超宽带光电探测器具有很好的应用前景，例如可以用于传感、环境监测、夜视和天文学等。光热电效应光电探测器的灵敏性由材料的塞贝克系数和光照下材料温度上升的幅度共同决定。先前，PTE光电探测器主要依靠塞贝克系数在 100 μVK-1 范围内的传统热电材料，或者采用多单元阵列结构来提高光电探测器的性能。本文使用还原的钛酸锶（reduced SrTiO3）作为光热电材料，测出其光电探测器敏感性高达 1.2 VW-1，并且响应谱为可以从 325 nm 到 10.67 μm 的超宽光谱。其高性能是由于该材料固有的高塞贝克系数和其在长波长红外区域具有声子增强的光响应特性。该研究结果为寻找低成本、高性能的自驱动室温光热电型光电探测器提供了一条新的途径。

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https://doi.org/10.1038/s41467-018-07860-0

19. ADVANCED MATERIALS：基于光电效应的光电探测器的研究进展

Progress of Photodetectors Based on the Photothermoelectric Effect

Xiaowei Lu, Lin Sun, Peng Jiang,* and Xinhe Bao*

长波红外（8-14μm）和太赫兹（30μm-3mm）探测器由于其在多领域有重要作用而受到广泛关注。光热电探测器是基于光热转换和热电转换两个物理过程，可实现长波红外和太赫兹室温探测的无源器件，在长波红外和太赫兹探测方面发挥越来越重要的作用。该综述系统介绍了近年来基于低维材料、体相多孔材料和有机材料的光热电探测器的研究进展，从增强光与材料相互作用的角度，总结了提高光热电探测器响应能力的若干策略，包括引入表面等离子体共振、声子共振、光学天线等。此外，文章拓展介绍了

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https://doi.org/10.1002/adma.201902044

The Road Towards Planar Microbatteries and Micro-Supercapacitors: From 2D to 3D Device Geometries

Shuanghao Zheng，Xiaoyu Shi，Pratteek Das，ZhongShuai Wu*，Xinhe Bao

微型化与自供电电子系统的快速发展与模块化，迫切需要开发电化学微型储能器件，主要包括微型电池和微型超级电容器。其中，平面化微型电池和微型超级电容器由于可以直接在单一基底上与微电子器件集成，进而构建成为独立的或补充的微电源，吸引了广泛的关注。该进展报告重点介绍了平面化微型电池和微型超级电容器的发展历程和最新进展，从基本原理到设计原则，从平面内构型（叉指型）到堆叠型的几何构型，以及从二维到三维的器件构型；探讨了关键电极材料、电解质、器件构型、微电极制备技术，以及电极/电解质/集流体等界面对微型储能器件电化学性能的影响；最后提出了高比能与多功能化平面微型电池和微型超级电容器的技术挑战、可行性解决方案和未来的发展方向。

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https://doi.org/10.1002/adma.201900583

21. NATURE SCIENCE REVIEW：可规模、更安全、可印刷的锌锰平面微型电池可广泛用于智能电子器件

Xiao Wang, Shuanghao Zheng, Feng Zhou, Jieqiong Qin, Xiaoyu Shi, Sen Wang, Chenglin Sun, Xinhe Bao, Zhong-Shuai Wu*

新一代微型化、可穿戴电子产品的发展，极大地刺激了人们对与之相匹配的新概念、高安全、长寿命微型储能器件，尤其是平面化微型电池的迫切需求，但从众多发展报告看来，目前发展与集成电子器件高度兼容的高安全、低成本平面锌锰电池关键制备技术仍然非常缺乏，该方向仍面临着巨大挑战。为解决这一问题，本文发展了一种低成本、简单高效、规模化的丝网印刷技术，成功制备出兼具良好机械柔性、高安全和长寿命的新概念水系平面化锌锰微型电池。首先以二氧化锰、锌粉、石墨烯为功能材料，分别配置出锌锰电池的正负电极和石墨烯集流体触变性油墨；然后采用多步丝网印刷的方法，实现了平面化锌锰微型电池简单、低成本的规模化制备。该锌锰电池不仅具有环境友好、高安全的特点，而且表现出了超长的工作寿命，在 5 C 的电流密度下循环 1300 圈仍能保持 83.9 % 的比容量，同时兼具良好的机械柔性和性能一致性。此外，印刷基底的多样性可满足不同应用场景的需求。重要的是，丝网印刷是工业上已成熟的技术，因此本文提出了一种非常有工业应用前景的规模化制备平面化锌锰微型电池的方法，也为其它平面化柔性储能器件的发展提供了新的思路。

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https://doi.org/10.1093/nsr/nwz070

22. ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS：一步制备石墨烯集成化微型超级电容器One‐Step Scalable Fabrication of Graphene‐Integrated Micro Supercapacitors with Remarkable Flexibility and Exceptional Performance Uniformit

Xiaoyu Shi, Feng Zhou, Jiaxi Peng, Ren’an Wu, Zhong-Shuai Wu*, and Xinhe Bao

便携式、可穿戴微电子器件的快速发展，极大刺激了人们对柔性化微型储能器件的需求。但是，目前报道的大部分集成化微型储能器件中，其电极材料合成，图案化微电极单体制备和多个微型超级电容器的集成一般由多个分离的步骤构成，大大增加了制作过程的复杂度。因此，急需开发简单高效的集成化微型超级电容器的制备方法。基于此，本文采用激光热解聚酰亚胺制备图案化石墨烯薄膜的方法，一步实现了微型超级电容器电极材料的制备，单体图案化微电极构建和多个微型超级电容器的一体化自集成大大简化了制作流程，显著提高了集成器件的整体性。根据不同的实际应用需求，不仅可以对集成化微型超级电容器的形状和大小进行有效调控，而且能够实现任意数量平面微型超级电容器的串并联集成，有效定制输出工作电压和电流。由于集成化微型超级电容器的集流体、电极和导电连接体组成相同且一步制得，所得器件具有良好的一体性、柔韧性和性能一致性。此外，在离子液体电解液中该器件表现出出色的高温稳定性，可在 100 °C 条件下稳定工作。因此，本文为高效系统化制备高度集成化微型超级电容器提供了新的策略，并拓宽了其潜在应用场景。

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https://doi.org/10.1002/adfm.201902860

23. NANO ENERGY：三维石墨烯/纳米碳管多空气凝胶材料应用于高体积比能量锂硫电池研究

Haodong Shia, Xuejun Zhaoa, Zhong-Shuai Wu∗, Yanfeng Donga, Pengfei Lua, Jian Chena, Wencai Ren, Hui-Ming Chengd, Xinhe Bao

由于硫单质存在导电性差以及充放电过程中活性物质体积膨胀大、多硫化物穿梭严重等问题，导致其虽然质量密度较高，但体积能量密度普遍较低、循环性能较差，这大大限制了锂硫电池的实际应用。因此，本文开发出一种三维石墨烯/碳纳米管多孔气凝胶材料，并同时将其应用于锂硫电池的硫单质载体和中间层，成功构筑出自支撑、无金属集流体的一体化正极材料。该一体化正极材料具有高的压实密度、优异导电性、良好的机械柔性，不仅实现了高的体积硫载量（1.64g/cm3），显著提高了锂硫电池的体积能量密度（1615 Ah/L），而且有效地抑制了多硫化物穿梭效应。在 2 C 的大电流密度的条件下，电池能够稳定循环 500 圈，且容量几乎没有衰减，表现出优异的循环稳定性。这种硫单质载体和中间层一体化正极结构的设计策略为构建高体积能量密度、长循环寿命的锂硫电池提供了新的思路。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.04.006

24. ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE：具有优越的模块化和突出灵活性的超高压集成微型超级电容器

Ultrahigh-voltage integrated micro-supercapacitors with designable shapes and superior flexibility

Xiaoyu Shi, Songfeng Pei, Feng Zhou, Wencai Ren∗, Hui-Ming Cheng, Zhong-Shuai Wu∗ and Xinhe Bao

微型化、柔性化电子器件的快速发展，让人们对与之匹配的微型储能器件的需求越来越大。然而，单个微型储能器件的输出电压和电流有限，难以满足需要高电压、大电流驱动的电子器件的应用需求，因此发展新的规模化技术来批量化制备高度集成、性能可定制的微型储能器件成为迫切需要解决的问题。本文发展了一种具有优异流变学和电化学性能的石墨烯导电油墨，然后采用丝网印刷的方法，利用一步法实现了平面型及集成化微型超级电容器的集流体、图案化微电极和器件间导电连接体的制备，大大简化了制作流程，显著提高了集成器件的整体性和机械柔韧性。根据不同的实际应用需求，不仅可以对集成化微型超级电容器的形状和大小进行有效调控，而且能够实现任意数量平面微型超级电容器的串并联集成，进而有效定制输出电压（几伏至几百伏）和电流（纳安至毫安）。例如，由 130 个单器件串联得到的微型超级电容器模块，其输出电压可达到 100 V 以上。该工作证明了石墨烯导电油墨可以同时作为集流体、导电连接体，以及高容量电极材料，丝网印刷技术可以高效、规模化的制备出高度集成化、一体化、高电压输出的平面微型超级电容器，获得的模块化器件具有出色的良品率、性能一致性、高电压输出等特征，具有广阔的应用前景。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/C8EE02924E

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