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  有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化纖維 (OIHFs) 是一種柔性的一維材料，具有相對(duì)較高的縱橫比（>100，? < 100 μm）和離散的有機(jī)/無(wú)機(jī)物種。因其固有的高比表面積和柔韌性、各向異性、可調(diào)節(jié)的化學(xué)成分和可控的雜化結(jié)構(gòu)，在各種電化學(xué)能源應(yīng)用中引起了極大的關(guān)注。OIHFs不僅結(jié)合了有機(jī)和無(wú)機(jī)組分的固有優(yōu)勢(shì)，還由于有機(jī)和無(wú)機(jī)成分之間的協(xié)同相互作用產(chǎn)生了一些新特性。有機(jī)纖維基體具有大比表面積、高柔韌性、低密度以及獨(dú)特的各向異性，被認(rèn)為是摻入各種無(wú)機(jī)成分的理想基材。無(wú)機(jī)組分，如雜原子、金屬（或非金屬）納米粒子及其化合物可以通過(guò)不同的形式與纖維基質(zhì)結(jié)合，從而賦予有機(jī)纖維基體優(yōu)越的電化學(xué)性能。

  近日，東華大學(xué)楊建平教授團(tuán)隊(duì)與朱美芳院士、伍倫貢大學(xué)Jun Chen教授合作，在《Advanced Science》期刊撰寫(xiě)了題目為“Organic/Inorganic Hybrid Fibers: Controllable Architectures for Electrochemical Energy Applications”的綜述論文。

圖1. OIHFs 的代表性結(jié)構(gòu)和發(fā)展概圖

  文章全面概述了OIHFs的先進(jìn)合成方法、可調(diào)的結(jié)構(gòu)特征與電化學(xué)性能之間的關(guān)系。首先定義了雜化纖維的基本概念，并討論了其組成、特性以及表征方法。通過(guò)對(duì)整體、內(nèi)部和界面結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，詳細(xì)描述了OIHFs的可控合成。系統(tǒng)總結(jié)了OIHFs在可充電電池（鋰離子電池、鈉離子電池和鋰硫電池）、超級(jí)電容器（三明治狀超級(jí)電容器和纖維狀超級(jí)電容器）和電催化（氧還原反應(yīng)、析氧反應(yīng)和析氫反應(yīng)）等能源領(lǐng)域的發(fā)展情況與最新研究進(jìn)展。

圖2. OIHFs的定義、表征、可控結(jié)構(gòu)和特性

圖3. OIHFs的可控結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵要素

  文章最后探討了OIHFs在電化學(xué)儲(chǔ)能和催化領(lǐng)域的一些發(fā)展思路：

  1）迄今為止，靜電紡絲仍然是合成 OIHFs 最常用的方法。然而，靜電紡絲在實(shí)現(xiàn)有機(jī)和無(wú)機(jī)組分的受控分布方面仍然存在局限性。未來(lái)的研究應(yīng)側(cè)重于在分子水平上精確控制有機(jī)/無(wú)機(jī)組分的比例和空間位置。此外，盡管已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多界面改性方法來(lái)賦予 OIHFs 各種界面特性，但無(wú)機(jī)組分與纖維基質(zhì)之間的界面相互作用通常是弱范德華力或靜電相互作用。應(yīng)探索新的合成策略，通過(guò)強(qiáng)界面相互作用（如共價(jià)鍵）將無(wú)機(jī)組分和有機(jī)纖維結(jié)合起來(lái)。

  2）對(duì)于可充電電池的電極材料，活性材料和纖維基質(zhì)之間的合理空隙空間對(duì)于適應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力是必要的。通過(guò)合理協(xié)調(diào)空隙空間和體積能量密度可以實(shí)現(xiàn)高容量和長(zhǎng)循環(huán)壽命。對(duì)于電催化反應(yīng)，構(gòu)建具有高比表面積的電極材料以充分暴露活性位點(diǎn)有利于提高電催化活性。

  3）對(duì)于電化學(xué)能源應(yīng)用，仍需探索簡(jiǎn)單且通用的合成方法。設(shè)計(jì)合成不含添加劑的獨(dú)立電極以確保催化劑和載體之間的良好電接觸將成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。

  論文第一作者為東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生張方舟，通訊作者為伍倫貢大學(xué)Jun Chen教授、東華大學(xué)楊建平教授、朱美芳院士。上述工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科委、中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金等基金的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102859