近日，我校輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）張素風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)在新能源材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。在Journal of Materials Science & Technology (IF = 14.3)、Green Energy & Environment (IF = 14.6)、Carbohydrate polymers (IF = 12.5)等期刊上發(fā)表了多篇研究論文。

經(jīng)濟(jì)上可行的水電解技術(shù)為可持續(xù)清潔氫燃料的快速發(fā)展提供了巨大潛力。多重質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過程導(dǎo)致陽極析氧反應(yīng)動力學(xué)緩慢，成為水電解制氫過程中關(guān)鍵的速率控制步驟。

本團(tuán)隊(duì)通過溶劑熱和磷化物拓?fù)浞ㄔ诘颓实亩嗉壙紫短蓟静?CW)上生長出高熵磷化物納米片(NiFeCoWMoP)，所制備的NiFeCoWMoP/CW用作集成碳電極，對析氫反應(yīng)（HER）和葡萄糖電催化轉(zhuǎn)化(GCR)均表現(xiàn)出顯著的雙功能特性。在堿性介質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)100 mA cm^-2的高電流密度，并且在電解系統(tǒng)中可以在僅1.534 V的低電壓下實(shí)現(xiàn)100 mA cm^-2的反應(yīng)電流，并產(chǎn)生氫氣。這項(xiàng)研究的結(jié)果強(qiáng)調(diào)了高熵磷化物納米片作為生物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化和制氫的多功能電催化劑的意義。相關(guān)研究成果以 “Harnessing biomass: High-entropy phosphide nanosheets-carbon hybrid electrocatalysts for efficient hydrogen production” 為題發(fā)表在國際期刊Journal of Materials Science & Technology (文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2025.07.059)

高熵材料（HEMS）因其多組份、可調(diào)的結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)異的穩(wěn)定性而具有高性能，在電催化領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。

本團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)闡述了高熵材料在電催化領(lǐng)域的最新進(jìn)展與未來前景。高熵材料憑借其多組分協(xié)同、高熵效應(yīng)和結(jié)構(gòu)可調(diào)等優(yōu)勢，正成為推動氫能制備、二氧化碳轉(zhuǎn)化、燃料電池等綠色能源技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵材料。本論文全面梳理了HEMS的分類、結(jié)構(gòu)構(gòu)建和調(diào)節(jié)策略，重點(diǎn)介紹了HEMS在電解水（HER、OER）、氫氧化（HOR）、氧還原（ORR）、二氧化碳還原（CO₂RR）、硝酸鹽還原（NO_3^-RR）和有機(jī)物電氧化（EOO）等關(guān)鍵電催化反應(yīng)中的研究進(jìn)展。此外，還分析了HEMS的制備方法、催化過程中的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系以及熵調(diào)節(jié)機(jī)制。最后，本文提出了HEMS目前在電催化應(yīng)用方面面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，并展望了其未來的發(fā)展方向，為構(gòu)建新一代高效、可持續(xù)的電催化劑提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計思路。相關(guān)研究成果以 “Entropy-Driven Design of Multifunctional Electrocatalysts: Advances and Perspectives in High-Entropy Materials” 為題發(fā)表在國際期刊Green Energy & Environment (文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gee.2025.10.007 )

超級電容器因其獨(dú)特的優(yōu)勢而被視為柔性可穿戴儲能設(shè)備最具潛力的系統(tǒng)之一。然而，電極材料提供優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度的同時，在保證足夠的能量密度方面也面臨挑戰(zhàn)。

本團(tuán)隊(duì)受到紙卷鉛筆的啟發(fā)提出了一種創(chuàng)新的柔性超級電容器電極設(shè)計，通過自組裝方式構(gòu)建了多層交織的電極結(jié)構(gòu)：細(xì)菌纖維素（BC）形成柔性骨架，聚多巴胺（PDA）增強(qiáng)氮摻雜石墨烯（N-rGO）的界面結(jié)合，聚吡咯（PPy）則構(gòu)建連續(xù)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。這種結(jié)構(gòu)不僅具備優(yōu)異的機(jī)械緩沖能力，還能在動態(tài)應(yīng)力下保持穩(wěn)定的電荷傳輸通道。在經(jīng)歷1萬次充放電循環(huán)及高強(qiáng)度超聲波（40 kHz/200 W）擾動后，電容保持率高達(dá)96.3%，展現(xiàn)出卓越的機(jī)械-電化學(xué)耦合性能。相關(guān)研究成果以 “Paper-roll-pencils inspired self-assembled multilayer interwoven nanocellulose supercapacitor electrode enables cross-scale stress impedance coupled with electrochemical stability” 為題發(fā)表在國際期刊Carbohydrate polymers (文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.124165)

鋰金屬因其極高的理論容量被視為下一代高能量密度電池的理想負(fù)極材料，但其在實(shí)際應(yīng)用中長期受限于鋰枝晶的不可控生長及固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）的不穩(wěn)定問題。

本團(tuán)隊(duì)利用納米纖維素作為一維模板，通過真空輔助自組裝技術(shù)，成功制備出厚度僅約1微米的自支撐SnS₂納米紙作為功能化中間層。這種創(chuàng)新的中間層具有自支撐性能和機(jī)械靈活性，同時無需降低活性的粘合劑。納米纖維素基質(zhì)的均勻介孔結(jié)構(gòu)保證了均勻的鋰離子通量，增強(qiáng)了電化學(xué)穩(wěn)定性。在該框架內(nèi)，SnS₂能與鋰金屬自發(fā)反應(yīng)，在原位形成富含高離子電導(dǎo)率Li₂S和Li₇Sn₂的穩(wěn)定SEI層。采用該中間層的對稱電池在1 mA cm^-2的電流密度下能夠穩(wěn)定循環(huán)超過1400 h。相關(guān)研究成果以 “Uniform lithium deposition and enhanced stability in lithium metal batteries enabled by a flexible, ultrathin, and lithophilic SnS₂@nanocellulose interlayer (文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.124181)。

（核稿：張輝 編輯：張輝）