等离子体技术在可再生能源电极材料制备和改性中的应用

开发出低成本、无污染、高效的下一代可再生新能源技术成为人们共同关注的焦点。电化学新能源技术是一种目前被认为应对能源危机的合理解决方案。电极材料(包括电催化剂)是电化学能源储存与转换装置的重要组成部分,是影响能源储存与转换效率的关键因素之一。因此,开发高性能的电极材料/电催化剂的对加快推进电化学可再生新能源技术的应用起着重要作用。等离子体又称为电浆,是除了固态、气态、液态之外的第四态。等离子体由具有相等数量的正负电荷的原子、分子、离子以及自由基组成。等离子体的激发主要是由足够的能量作用于气体分子时,分子发生了电离从而获得。如今,低温等离子体因其具有的高电子温度、低气体温度以及高能的特性,在材料的合成和改性中具有广泛的应用。

近日,湖南大学王双印教授在Advanced Materials上发表了关于等离子体技术在可再生能源电极材料的制备和改性中应用的综述文章。该综述文章首先对各类低温等离子体的技术原理做了相应的介绍,其中常用等离子体包括:辉光放电等离子体,电晕等离子体,介质阻挡放电(DBD)等离子体,微波等离子体以及射频放电(RF)等离子体。随后文章对氧还原反应(ORR)、燃料氧化反应(MOR)、氢析出反应(HER)、氧析出反应(OER)等反应所需要的电催化剂,以及锂离子电池、锂硫电池和超级电容器电极材料的合成与改性为重点,详细介绍了等离子体技术在各类电极材料和电催化剂的合成以及表面改性中的应用。在材料的合成方面,等离子体通常可以起到促进反应发生的作用,或者直接利用特殊气体的等离子体实现材料的转化。例如:利用NH3等离子实现从金属氧化物到金属氮化物的转化。在等离子对材料改性的应用方面,最为常见的应用为利用其刻蚀功能促进材料表面暴露更多边缘催化活性位点,以及实现一些杂原子的掺杂从而实现对材料的改性。文末,作者对等离子技术在促进化学反应的发生以及材料表面调控中的可能遇到的一些挑战进行了阐述,并对亟待解决的问题做了展望。例如:如何进一步提高等离子体的利用率;设计出更为精密的仪器原位检测和捕获等离子技术在材料合成和改性过程中原料的细微变化;以及从理论层面对研究等离子体技术的作用机理的做出更为深入的探讨。作者预想,在未来等离子体技术将具有更广泛的应用空间。该综述对于等离子体在可再生能源电极材料制备和改性中的应用给予读者进一步利用等离子体技术开发高效的电极材料起到积极推进作用。相关文章在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201705850)上。

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