劉天西、黃少銘、魏取福、徐立之等人關于“納米纖維”5篇新成果

導語

本期內容，易絲幫精選了江南大學劉天西教授、廣東工業大學黃少銘教授、江南大學魏取福教授、香港大學徐立之教授和寧波大學舒杰教授團隊最新研究成果。主要介紹了納米纖維氣凝膠用于鋅空氣電池、金屬碲化物用于鉀離子電池、納米纖維結合納米顆粒開發高強度水凝膠等方面的最新研究進展，供大家了解。

1、Adv. Mater.：將氣凝膠編織成3D有序的超彈性混合碳組件

?挑戰：金屬空氣電池具有極高的理論能量密度、長期穩定性、良好的安全性和環境兼容性，有望成為柔性可穿戴設備的理想能源供應組件。但是，開發具有優異電化學和機械性能的三維(3D)碳組件，具有一定挑戰性。

?方法：江南大學劉天西教授、樊瑋教授&東華大學張超研究員采用納米纖維織造各向同性多孔和機械脆性準氣凝膠，制備了一種超輕超彈性的納米纖維編織雜化自組裝碳氣凝膠(NWHCA)。在隨后的熱解過程中，金屬衍生的準氣凝膠和氮/磷共摻雜被整合到NWHCA中。

?創新點1：NWHCA的3D薄片橋結構與準氣凝膠混合，有助于在高壓縮下抵抗塑性變形和結構損傷。實驗證明，在80%壓縮下完全變形恢復和前所未有的抗疲勞性（>94%保留）5000次循環后）。

?創新點2：由于超彈性和準氣凝膠集成，基于NWHCA組裝的鋅空氣電池表現出優異的電化學性能和柔韌性。

?創新點3：本研究提出了一種概念驗證集成設備，其中柔性電池為壓阻式傳感器供電，分別使用NWHCA作為空氣陰極和彈性導體，可以在附著在人體皮膚上時檢測全方位和復雜的運動。

https://doi.org/10.1002/adma.202301418

2、Adv. Energy Mater.：金屬碲化物多碲化物實現超穩定鉀離子存儲

?挑戰：過渡金屬碲化物(TMTes)具有高電子電導率和高理論體積容量，可作為高能量密度鉀離子電池(PIB)負極材料。但是，大多數報道的 TMTes 電極壽命有限。

?方法：廣東工業大學黃少銘教授&張偉博士提出了一種雙型N摻雜碳限制CoTe2復合材料（CoTe2@NPCNFs@NC，其中NPCNFs代表N摻雜多孔碳納米纖維，NC代表N摻雜多孔碳）來抑制溶解和聚碲化物的穿梭效應，在2 A/g下將循環穩定性提高到1000次。

?創新點1：本研究首次揭示了聚碲化物（K5Te3和K2Te）的溶解和穿梭效應，是TMTe基轉化型和合金型負極循環穩定性快速惡化的關鍵原因。

?創新點2：用原位和非原位技術和理論計算，系統地闡明了聚碲化物的形成和轉化，并揭示了雙型碳良好的物理限制以及吡啶-N和吡咯-N在K5Te3和K2Te上的強化學吸附。

https://doi.org/10.1002/aenm.202300150

3、Adv. Funct. Mater.：具有Janus潤濕性的動態可調亞環境日間輻射冷卻超織物

?挑戰：將零能量輸入冷卻技術整合到個人熱管理(PTM)系統中是一種很有前途的解決方案，可以預防與熱有關的疾病，同時減少能源消耗。盡管提出了被動輻射冷卻材料的概念，但在提供良好佩戴舒適度的同時實現低溫冷卻性能，仍然是一個挑戰。

?方法：江南大學魏取福教授&呂鵬飛研究員提出了一種具有單向導濕的非織造布超織物，結合了輻射冷卻和蒸發散熱，以實現高性能的個人熱、濕管理。

?創新點1：這種超織物通過大規模靜電紡絲和分層結構設計，表現出優異的光譜選擇性（太陽光反射率≈92%，大氣窗口熱發射率≈97%）和Janus潤濕性，并且還具有優異的彈性、透氣/透濕性。

?創新點2：可實現低于環境溫度約6.5 °C的降溫性能，以及快速的吸濕排汗作用（水分蒸發率為0.31 g h-1，水分傳輸指數為1220%）。此外，可以通過施加各種應變（0-100%）來調節超織物的冷卻性能。

https://doi.org/10.1002/adfm.202300794

4、ACS Nano：納米纖維結合納米顆粒，開發高強度磁性水凝膠

?挑戰：能夠對磁場做出反應的水凝膠，在柔性致動器和生物醫學機器人中有很大的應用前景。然而，在磁性水凝膠中實現高機械強度和良好的可制造性，仍然具有挑戰性。

?方法：香港大學徐立之教授團隊受自然承載軟組織啟發，開發了一類具有模擬組織力學性能和光熱焊接/愈合能力的復合磁性水凝膠。水凝膠由芳綸納米纖維、Fe3O4納米顆粒和聚乙烯醇組成的雜化網絡，是通過功能組分的逐步組裝而完成。

?創新點1：納米級成分之間的工程相互作用使材料易于加工，并賦予其優異的機械性能、磁性、含水量和孔隙率。

?創新點2：此外，圍繞納米纖維網絡組織的Fe3O4納米顆粒的光熱特性允許水凝膠的近紅外焊接，為定制設計制造非均質結構提供了一種通用方法。

?創新點3：利用設計的非均相水凝膠結構，可以實現復雜的磁驅動模式，這為可植入軟機器人、藥物輸送系統、人機交互和其他技術的進一步應用提供了機會。

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03156

5、Adv. Energy Mater.：一種具有低成本、優異力學性能和穩定電化學性能的理想隔膜

?挑戰：具有低成本、優異機械性能的隔膜，如納米纖維材料，被認為是解決堿金屬電池中枝晶問題的可行選擇。但是，裸K金屬與液態電解質發生劇烈反應，難以獲得穩定的固體電解質界面相(SEI)，導致不可避免的枝晶生長。

?方法：寧波大學舒杰教授等人提出了一種五層結構隔膜(LiNO3@PVDF@口罩)，其中以口罩為框架，負載LiNO3的PVDF層與K枝晶反應生成鈍化層。

?創新點1：以鉀金屬電池為例，LiNO3@PVDF@口罩隔膜具有優異的力學性能，可以有效應對K枝晶帶來的危害。此外，緩釋LiNO3可以與穿透的K枝晶發生反應，形成KNO3和K2O等無活性物質，阻礙枝晶的進一步生長。

?創新點2：重要的是，LiNO3@PVDF@口罩隔膜使用低成本的口罩，具有優異的電解質潤濕性，減少了液體電解質的用量，能夠進一步解決成本問題。https://doi.org/10.1002/aenm.202300734