中国科技期刊卓越行动计划推介:JEC亮点文章解析

科创中国 2025-04-21 13:29:56

01-电催

Pulsed dynamic electrolysis enhanced PEMWE hydrogen production: Revealing the effects of pulsed electric fields on protons mass transport and hydrogen bubble escape

Xuewei Zhang a, Wei Zhou a*, Yuming Huang a, Liang Xie a, Tonghui Li b, Huimin Kang a, Lijie Wang b, Yang Yu a, Yani Ding a, Junfeng Li a, Jiaxiang Chen a, Miaoting Sun a, Shuo Cheng a, Xiaoxiao Meng a, Jihui Gao a, Guangbo Zhao a

亮点1:提出脉冲动态电解(PDE)方法,以提升质子交换膜水电解(PEMWE)制氢的性能。通过优化脉冲参数,加速质子在电极/溶液界面的富集,提高传质效率,从而克服传统PEMWE的传质受限问题。

亮点2:PDE增强的PEMWE在制氢速率和能耗上表现出显著优势,制氢速率提高约27%,能耗降低约28%。此外,该方法已成功应用于户外离网型光伏系统,展现了其在可再生能源驱动下的高效制氢潜力。

02-电催

Few-shot learning for screening 2D Ga2CoS4−xsupported single-atom catalysts for hydrogen production

Nabil Khossossi*, Poulumi Dey

亮点1:结合机器学习(ML)技术,利用密度泛函理论(DFT)数据训练ML模型,研究了二维Ga₂CoS₄-x(x=0-0.25)单原子催化剂在析氢反应中的催化活性,发现DFT与ML结合可降低计算成本并加速催化剂筛选。

亮点2:DFT计算表示,含硫空位的二维Ga₂CoS₄-x单层表现出优异的析氢反应活性,预测的过电位低至0–60 mV,与商业Pt/C相当

03-电催

Ru/NiMnB spherical cluster pillar for highly proficient green hydrogen electrocatalyst at high current density

Md Ahasan Habib, Shusen Lin, Mehedi Hasan Joni, Sumiya Akter Dristy, Rutuja Mandavkar, Jae-Hun Jeong*, Jihoon Lee

亮点1:通过Ru掺杂,NiMnB在50mA/cm²电流密度下中表现出较低的析氧反应过电位(150mV)和析氢反应过电位(103mV),在2000 mA/cm²的高电流密度下,槽压仅为2.80 V,优于商业基准电极,展现出优异的电催化性能。

亮点2:Ru/NiMnB在6 M KOH中连续运行150小时仍保持优异的稳定性和抗腐蚀性,证明其具备工业条件下长期运行的潜力,为绿氢的大规模生产提供了一种高效、稳定的电催化剂。

04-电催

CO₂-mediated bicarbonate conversion to concentrated formate in a CEM-based electrolyzer

Haocheng Xiong a b 1, Donghuan Wu a 1, Haonan Li a, Andrew Li a, Qikun Hu a, Siyao Song a, Bingjun Xu b c *, Qi Lu a c

亮点1:通过优化的阳离子交换膜电解槽和气体扩散电极,在25 cm²电极面积下实现了超过75%的甲酸选择性,产率超过95%,展现出优异的电解效率和稳定性。

亮点2:利用KHCO₃作为碳源,在电解过程中将其高效转化为甲酸,并通过pH监测实现长期稳定运行。技术经济评估表明,该工艺具有经济可行性,为可持续化学品生产提供了新思路。

05-电池

Prominent cycling reversibility and kinetics enabled by CaTiO₃protective layer on Zn metal for aqueous Zn-ion batteries

Gaeun Lee a 1, Yong Nam Ahn a 1, Seongjoon So a, Chanwoo Park a, Jong-Seong Bae b, Taehyun Park a, Il Tae Kim a, *, Jaehyun Hur a,*

亮点1:在锌阳极上涂覆钙钛矿CaTiO₃保护层,有效抑制枝晶生长、腐蚀和副反应,提升水系锌离子电池的循环稳定性和动力学性能

亮点2:具有高介电常数(εr= 180)和铁电特性的CaTiO₃钙钛矿涂层促进均匀的Zn²⁺离子扩散,减少电极极化,显著延长电池寿命

06-电池

Universal design of three-dimensional porousgraphene-iron based promotors for kinetically rationalized lithium-sulfur chemistry

Hua Gao a, Yunfeng Zhang a, Menglei Wang b,*, Ruoxuan Yang a, Shuai Feng c,*, Xuan Cao a, Yaping Zhang a, Zhongyuan Lu a,*, Yingze Song a

亮点1:通过化学发泡和化学气相沉积方法成功构建了一系列基于3D Gr-Fe电催化剂显著提升了锂硫电池的硫活性物质的吸附和催化转化能力。

亮点2:使用3DGr-FeP电催化剂的电池在0.2 C下表现出1192.94 mA h g⁻¹的初始容量,100次循环后容量保持率达94.8%,其软包电池可连续供电玩具风扇30min,展示了其良好的应用潜力。

07-电池

A surface engineering strategy for the stabilization of zinc metal anodes with montmorillonite layers toward long-life rechargeable aqueous zinc ion batteries

Wenbo Wang a b 1, Ruifeng Xu b 1, Xu Zhang b, Peiyu Wang a, Bao Yang a, Bingjun Yang b, Juan Yang b, Kailimai Su b, Pengjun Ma b,*, Yanan Deng c, Xianfeng Fan c, Wanjun Chen a,*

亮点1:提出了一种简单、实用且有效的表面工程改性策略,通过在锌阳极表面涂覆蒙脱土(MMT)保护层,实现了锌离子均匀沉积并抑制了锌枝晶和副反应

亮点2:MMT保护层显著提升了水系锌离子电池的循环稳定性:MMT@Zn||MMT@Zn对称电池在5 mA cm⁻²和1.25 mA h cm⁻²下稳定运行超过1800小时, MMT@Zn||V₂O₅全电池在2 A g⁻¹下稳定循环3000次。

08-电池

Highly conductive and stable iodine doped argyrodite electrolyte for all-solid-state lithium batteries

Gaozhan Liu a, Jing Zhang a b, Jing Yang a, Jinghui Chen a b, Xingyue Xiao a b, Xiayin Yao a b *

亮点1:通过湿法涂覆技术成功制备了厚度仅为10 μm的超薄Li5.4PS4.4Cl1.4I0.2电解质膜,其离子电导率为2.09 mS cm–1,表面电阻低至1.17 Ω cm–2.

亮点2:在Li5.4PS4.4Cl1.4I0.2电解质与锂金属之间原位生成的LiI层有效抑制了锂枝晶的生长,使临界电流密度提升至1.35 mA cm⁻²,并在0.1 mA cm⁻²的电流密度下实现了Li-Li对称电池9000小时的稳定循环。

09-电池

A low redox potential and long-life organic anode material for sodium-ion batteries

Zhi Li a, Yang Wei b, Kang Zhou a, Xin Huang a, Xing Zhou a, Jie Xu c, Taoyi Kong a, Junwei Lucas Bao b *, Xiaoli Dong a *, Yonggang Wang a *

亮点1:针对当前钠离子电池有机负极材料普遍存在的平均充放电平台电压偏高(>1 V)这一技术瓶颈,本研究报道了一种新型有机负极材料——四钠 1,4,5,8-萘四羧酸酯(Na₄TDC)。该材料的平均充电电压降低至 0.67 V(vs. Na⁺/Na),显著优化了全电池的工作电压窗口。

亮点2:在电化学循环过程中,该材料展现出高达 208 mAh g⁻¹ 的可逆容量,并且其容量衰减率低至 0.022%/循环,表现出优异的循环稳定性。尤为突出的是,研究团队通过构建硬碳复合电极结构,在高载量(20 mg cm⁻²)条件下,实现了超过 1200 圈的稳定循环。

10-电池

A self-adaptive inorganic in-situ separator by particle crosslinking for nonflammable lithium-ion batteries

Jiarui Yang 1, Jiuzhou Liu 1, Wenrui Cai, Ziyu Zhao, Shan Wang, Lu He, Shanshan Lv, Zhiwei Zhu, Zhongfeng Ji, Guojiang Wen, Hua Li, Yuanming Zhai, Xuewei Fu *, Wei Yang, Yu Wang *

亮点1:本研究基于二氧化硅-PVDF 混合溶胶的物理交联机制,提出了一种具有自适应性的无机原位生长隔膜技术。

亮点2:该技术在保留电极微结构的同时,实现了对电极表面不同厚度的精准包覆,为此类电池的连续组装提供了规模化生产的技术基础。

亮点3:所制备的隔膜不仅对多种阻燃电解液表现出超浸润特性,同时具备优异的结构可设计性、界面兼容性,以及最重要的针刺自适应性。

11-电池

Co-production of hydrogen, oxygen, and electricity via an integrated solar-driven system with decoupled water electrolyzer and Na-Zn ion battery

Fei Lv, Longjie Liu, Jiazhe Wu, Pengfei Wang, Lixia Pan, Dengwei Jing, Yubin Chen*

亮点1:提出了一种集成的氢-氧-电共产生系统

该系统结合了双极膜辅助解耦电解槽和钠-锌离子电池:一方面通过解耦电解器实现了氢气 (H2) 和氧气 (O2) 在不同时间和空间中的分离生成,另一方面在电解过程中同时伴随着自动给Na-Zn 离子电池充电过程,从而显著提高了能量利用率和生产效率。

亮点2:展示了一个间歇性太阳能利用的能量转换系统通过将该集成系统与硅光伏 (PV) 模块连接,成功实现了间歇性太阳能的能量转换。这一设计不仅为氢气生产提供了高效且节能的方法,还展示了一个灵活的太阳能转换系统,用于同时生产氢气和电力。

12-电池

Multi-model ensemble learning for battery state-of-health estimation: Recent advances and perspectives

Chuanping Lin ab, Jun Xu a b *, Delong Jiang a c, Jiayang Hou a b, Ying Liang a b, Zhongyue Zou a d, Xuesong Mei a b

亮点1:对集成学习方法进行了系统分类与分析

文章将现有的多模型集成学习方法系统地分为6类:基于平均值的方法、基于加权的方法、基于Bagging的方法、基于Boosting的方法、基于Stacking的方法和基于状态空间的方法。每种方法的特点、应用场景及潜在挑战都被详细分析,为研究者提供了清晰的指导框架。

亮点2:对集成学习方法进行了全面比较与性能评估文章对这些集成学习方法进行了全面的比较,从基础模型、组合策略到发展趋势等多个维度进行评价。特别指出,基于Stacking的集成方法在六个评估维度中表现出色,这为实际应用中的模型选择提供了重要参考。

13-生物质

Maximizing biomass utilization: An integrated strategy for coproducing multiple chemicals

Byeongchan Ahn, Sua Jo, Jonggeol Na, J. Jay Liu, Young-Ju Kim*, Wangyun Won*

亮点:针对生物质转化利用的瓶颈问题,以木质纤维素转化制备己二醇、四氢呋喃和乙二酸为例,通过生命周期评价和经济技术评估指出了木质素同时转化利用对降低生物质转化产物成本和降低环境影响的重要性,为生物质的实际应用指明了突破方向。

14-生物质

Fabrication of carbon-supported Al2O3 nanoparticles via spontaneous cross-linking to enhance selective hydrogenation of furfural

Weiwei Yu, Xinbao Zhang, Hongyu Chen, Yanan Wang, Shaoguo Li, Fucun Chen, Zhenni Liu, Xiujie Li *,Xiangxue Zhu *

亮点:发展了不含过渡金属的N掺杂C修饰的Al2O3催化剂,以高转化率和选择性实现了糠醛氢转移氢还原为糠醇;该工作也揭示了配位不饱和的Al和N掺杂对糠醇选择性和转化率的构-效关系。

15-生物质

Electrocatalytic cleavage of a lignin β-O-4 model compound and coupling with nitrogen-containing aromatics using Prussian blue analogue-derived nickel–cobalt spinel

Yi Qi, Xueying Chen, Bowen Liu, Xuliang Lin, Xueqing Qiu*, Yanlin Qin*

亮点:该工作围绕木质素的转化利用,利用NiCo2O4尖晶石催化剂,通过一锅实现木质素C-O键裂解、脱氢、缩合和C-N键形成等多步反应,将木质素模型物直接电催化转化为含氮杂环化合物,形成了木质素高值化利用的新方式。

16-热催化

Low-cost and fluoride-free synthesis of MFI zeolite nanosheets with enhanced stability for benzene alkylation with ethanol

Peng Zhu a, Cun Liu a, Yiren Yu a, Guoshu Gao a, Yumeng Zhao a, Xiongfu Zhang a*, Guodong Liu b *, Guohui Yang a *

绿色合成突破:开发低成本无氟沸石纳米片合成法,以胶体硅源/尿素替代传统模板剂与氟化物,兼具经济性与环保性。

工业级性能验证:ZSM-5纳米片苯-乙醇烷基化稳定性超500小时(传统5倍),3升放大产物性能一致,凸显工业转化优势。

17-热催化

Unveiling the promotion role of ZnO on Zn-Al spinel oxide for CO₂hydrogenation

Tongyao Wang a b, Xinlong Yao a b, Lixin Liang a, Hongyu Chen a, Pan Gao a *, Guangjin Hou a *

界面机制突破:揭示Zn-Al尖晶石表面ZnO诱导氧空位形成,原位核磁捕获甲酸盐中间体,建立CO₂加氢催化剂结构-活性关系新认知。

表征范式创新:整合EPR/原位DRIFTS/多维核磁,开发密封NMR反应器追踪中间体动态转化,为多相催化机理研究建立原子级解析新范式。

18-热催化

CaH2-promoted activity of Ni-carbonate interface for CO₂methanation

Jin-Peng Wang, Guo-Cui Mao, Hui-Lin Jiang, Bao-Xia Dong*, Yun-Lei Teng *

创新界面设计:引入CaH₂重构Ni-碳酸盐界面,形成羟基碱性位点,协同促进H₂解离与CO₂吸附,400℃下CO₂转化率提升117%。

动态机制突破:原位/DFT证实CO₂经羟基吸附生成CO₃H*,甲酸盐路径产CH₄,CaH₂增强Ni活化H₂能力,关键步骤能垒降至89.21 kJ/mol

19-热催化

Engineering nanoparticle structure at synergistic Ru-Na interface for integrated CO2 capture and hydrogenation

Hanzi Liu, Ling Cen, Xinlin Xie, Lei Liu, Zhao Sun, Zhiqiang Sun *

创新双功能材料设计:通过精准调控Ru纳米颗粒尺寸(单原子至7.1 nm),构建Ru-Na协同界面,实现CO₂捕获与加氢高效集成,340℃下甲烷选择性达98%,突破传统吸附/催化动力学难以匹配的瓶颈。

原子级反应机制解析:结合原位表征与理论计算,揭示Ru纳米颗粒通过脱氧路径活化碳酸盐,羰基中间体促进C-O键断裂(能垒仅22 kJ/mol),为材料界面设计提供理论依据。

20-太阳能

16.48% Efficient solution-processed CIGS solar cells with crystal growth and defects engineering enabled by Ag doping strategy

Mengyu Xu, Shaocong Yan, Ting Liang, Jia Jia, Shengjie Yuan* , Dongxing Kou, Zhengji Zhou, Wenhui Zhou, Yafang Qi, Yuena Meng, Litao Han, Sixin Wu*

亮点1:提出了一种创新的Ag&Se共硒化方法,显著提高了CIGS吸收层的结晶性,归因于Ag共硒化过程中形成的Ag-Se相,通过促进晶体生长和修复缺陷来实现高效溶液加工的CIGS太阳能电池。

亮点2:Ag掺杂策略最佳电池实现了16.5%的最佳功率转换效率(PCE),开路电压(Voc)为662 mV,填充因子(FF)为75.8%,在非肼溶液加工的CIGS太阳能电池中处于最高水平。

21-太阳能

Flexible molecules dedicate to release strain of inverted inorganic perovskite solar cell

Hongrui Sun, Sanlong Wang, Pengyang Wang, Yali Liu, Shanshan Qi, Biao Shi, Ying Zhao, Xiaodan Zhang*

亮点1:通过引入5-MVA分子显著影响了无机钙钛矿薄膜的晶体生长动力学和能级对齐,从而提高了薄膜的晶体质量,成功缓解无机钙钛矿薄膜中的应变问题。

亮点2:通过释放应变和钝化缺陷,5-MVA成功地提高了反式钙钛矿太阳能电池(IPSCs)的效率,从19.25%提高到20.82%。

22-太阳能

Magnetron sputtered nickel oxide with suppressed interfacial defect states for efficient inverted perovskite solar cells

Guoqiang Ma, Qin Tan , Zhaoning Li, Jingwei Xiu , Jiafeng Wang , Tianle Cheng, Dong He, Qiang Sun, Xuhang Ma, Francesco Lamberti, Zhubing He*

亮点1:通过详细的工艺优化,开发出了高质量的磁控溅射NiOx薄膜,具有更高的结晶度、更平滑的表面和显著减少的Ni3+或Ni空位。

亮点2:使用优化后的溅射NiOx薄膜制备的太阳能电池实现了高达19.93%的高功率转换效率(PCE),并且在标准太阳光照下连续最大功率点跟踪500小时后,仍能保持86.2%的效率。

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