石墨烯的每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯优异的导电性。石墨烯是目前已知导电性能最出色的材料，常温下石墨烯电子迁移率超过15000cm2/V·s，比碳纳米管或硅晶体还高，而电阻率只约为10-6Ω·cm，比铜或银更低，是世界上电阻率最小的材料。这些优异的性能使石墨烯在高性能电池、超级电容、微纳机电器件及复合材料诸多领域都有潜在应用。

应用案例1：导电印染

    先丰客户将导电浆料印刷在织物表面，制成微发热印染制品，12V低电压通电90s发热40-43度。

应用案例2：能源电池

    在理论上石墨烯电极可能有超过石墨两倍的比容量。如果将石墨烯和炭黑混合后作为导电添加剂加入锂电池可以有效降低电池内阻，提升电池倍率充放电性能和循环寿命。先丰客户将石墨烯粉体添加到电池的正极和集流体中，放电容量提升8%，电极电压显著提升。

应用案例3：防静电电缆绝缘皮

    先丰客户将少量石墨烯添加到PP塑料制成电缆外层绝缘皮，达到了防静电效果，耐磨防腐性能也有所提升。

钠离子电池（SIBs）是一种新型的高能量密度电池。早在20世纪末80年代初，与锂离子电池同期，SIBs的研究就已经开始。但是由于锂离子电池发展迅速，更多的研究重点都集中在锂离子电池上，钠离子电池并没有得到很好的发展。如今由于锂资源缺乏，又使钠离子电池的研究重新获得关注。钠离子电池具有高能量密度、低成本、资源丰富等优点被认为是锂离子电池的理想替代品，目前国内外的科研机构和企业纷纷加入钠离子电池的研究和开发中。

SIBs也是由正极材料、负极材料、电解质和隔膜等关键部件构成，其中负极材料是人们研究的焦点，近年来相关报道逐年增加。负极材料对钠离子电池性能和循环寿命具有重要影响。据悉，不同的负极材料对应着不同的储钠方式，不同的储钠方式又影响钠电池的储能密度、功率密度、循环稳定性等。因此，负极材料是决定钠电产业化进程快慢的关键因素之一。

SIBs负极材料极主要分为五种类型：碳基材料、钛基材料、合金材料、有机化合物类、其他体系，其中碳基材料的技术成熟度最高，资源丰富，有望率先实现产业化。根据碳原子的微观结构，碳基负极材料分为石墨类材料、无定形碳材料、纳米碳材料。

一、石墨类

石墨具有高结晶度、规则的层片状结构和优良的导电性能，适合锂离子在层间进行脱嵌。同时原材料丰富易得，价格也比较低廉，因此成为众多研究者关注和开发的热点。与碱金属离子不同，钠离子在碳酸酯类溶剂中难以对石墨层间进行有效嵌脱，这主要是石墨层间距小（0.335 nm），不适于体积较大的Na+进行脱嵌，因此，在锂离子电池中广泛应用的石墨负极，在碳酸酯作溶剂的钠离子电池中难以使用。近年来，研究人员通过一些改性手段扩大石墨层间距，使其具备一定的容量取得了相关进展。石墨经改性后能够具备一定的储钠容量，并且具有很好的循环稳定性和倍率性能，为石墨材料在SIBs中的应用带来了希望。然而这些改性方法带来的一个共性问题就是比表面积大，造成首次不可逆容量很大，这是改性石墨材料需要解决的关键问题。

二、无定型碳材料

无定形碳材料具有大的层间距和无序度，有利于Na+离子的脱嵌，是人们研究最多的一类负极材料。按照热处理石墨化难易程度，分为软碳和硬碳。软碳在2800°C以上能完全石墨化，硬碳在高温下也难以石墨化。软、硬碳差别在于微观结构中碳层的交联相互作用，根本取决于所用碳化前驱体的结构和形状。相对而言，软碳的制造成本较低，工艺易于控制，但比容量不及硬碳。硬碳的比容量较高，但首周效率往往较低，且其性能依赖于所用前驱体和处理工艺，产碳率较低。近十几年来科研工作者研究了很多具有大的层间距和无序结构并且有利于Na+脱嵌的无定型碳负极材料，这些研究证明了无定型碳材料的可逆容量、循环性能以及倍率性能都取得了较大的突破。

三、纳米碳材料

纳米碳材料主要有石墨烯、碳纳米管，这些电极储钠离子通常设计了两种机理，一为离子插层，二为缺陷（包括杂原子、边缘、空隙）的化学或物理吸附。相比较于离子插层，缺陷吸附通常有利于维持电极的结构完整以及快速的吸附、脱离，由于其较少地涉及相变或结构变化。

当前石墨烯复合材料作为SIBs的负极材料其纳米结构包含有片层裹覆式（活性材料被裹覆在石墨烯片层间）、三维密封式（活性材料被包裹以球形常见）、三明治或片层堆叠式。石墨烯作为支撑材料在复合电极中归纳为以下4大优势：1、大面积的二维石墨烯纳米片可以作为电化学活性材料生长和有效分散的基底；2、三维连续石墨烯框架进一步避免了活性分子的团聚；3、高导电性石墨烯支架构建了电子传输的快速通道，分级多孔纳米结构有利于快速的离子扩散；4、石墨烯层由于其强的机械性能，以及三维石墨烯框架中的介孔或纳米空隙，可以充当缓冲以减轻电化学反应前后的活性物质体积变化。简而言之，石墨烯复合电极材料有利于实现高容量、快充、长循环电池系统。

水伏效应是一种通过纳米材料和各种形式的水（雨滴、波浪、流动水分的自然蒸发）之间的直接相互作用来发电的新兴技术。蒸发驱动的水伏效应是一个自发的、无处不在的过程，可以直接将周围环境中的热能转化为电能，而不需要额外的机械功，与其他效应相比显示出独特的优势。然而，由于其驱动力（蒸发或渗透）不明确以及不理想的反向扩散电流，此类装置的电流性能较差。2023年8月1日，Advanced Materials报道了一种基于水滴的毛细管渗透诱导水伏发电装置（WDHEG），其由带负电和带正电的材料形成的二极管状异质结组成。

检测结果表明，通过滴水在WDHEG上可实现连续发电，室温下单个装置的JSC（峰值电流密度）和VOC（开路电压）峰值可达到160 μA cm⁻²和0.7 V。由二极管类异质结产生的离子整流使JSC在运行1000秒后超过35 μA cm⁻²，累积电荷接近60mC cm⁻²。通过提高水温和扩大器件面积，电流在6 cm²时分别提高到400 μA cm⁻²和接近1 mA。该项研究所构建的异质结具有离子二极管的特性，可以产生离子整流，提高电流输出，为毛细管渗透诱导的发电机提供了一种新的结构设计。

文中制备的WDHEG由底部电极、水活性层和从下到上的顶部电极组成，并且使用玻璃作为基板，方便了发电机的制造和测试。值得注意的事，底部电极由羟基化多壁碳纳米管（MWCNT-OH，购买自先丰纳米）和PEDOT： PSS的混合溶液真空过滤得到，其具有良好的润湿性和亲水性，从活性层中渗出的多余水很容易被吸收和蒸发。

 文献名称：Ion Diode-like Heterojunction for Improving Electricity Generation from Water Droplets by Capillary Infiltration

电化学储能凭借高效、便捷、高比能量/比功率密度等优势，已成为新能源革命中的关键技术。电极材料作为电化学储能装置的核心，其性能好坏将直接决定储能器件的能量密度、功率密度、循环寿命等关键性能参数。碳纳米材料由于循环效率高、循环寿命长和安全性能好等优点，成为锂离子电池（LIBs）首选的负极材料。本期小丰整理了4类用于锂电池负极的新型碳纳米材料，一起看下~

1、石墨炔

石墨炔（GDY）是一种新型sp1和sp2杂化碳原子共存的二维碳的同素异形物，其中sp2碳原子在2D平面上保持π共轭，促进电子迁移；sp碳原子促进了碳骨架与金属原子之间的亲和力，从而提供额外的存储位点。此外，在GDY骨架中，由sp2和sp杂化碳形成的天然孔道不仅提供足够数量的存储位点，有效地稳定插入的金属原子，而且还提供了一些传输通道，以使离子在垂直于该方向的方向上平滑扩散。

实验证明，GDY具有中等的三角形孔和良好的储锂能力（理论比容量744 mAh g-1）及丰富的碳-碳三键（C≡C），还原能力强。目前基于GDY的电极的相关结构设计以及其在一系列储能装置中的应用研究已经取得了令人兴奋的进展，例如在锂离子电池，钠离子电池，锂/镁硫电池和超级电容器上GDY都表现出优异的性能。

2、多孔碳

多孔碳材料因其高比表面积、孔体积、低密度、化学稳定性好，尤其是多级孔尺寸等优点，在LIBs中获得了广泛的关注。多孔碳作为LIBs负极时，高比表面积的特点使其能结合更多锂离子，为LIBs提供高容量；多维复杂的孔洞结构为锂离子提供了有效的扩散通道和较短的锂离子扩散距离；空位、杂原子掺杂等缺陷可以作为储锂点位；在锂的脱嵌过程中体积膨胀/收缩的机械应力较小，循环稳定性好。因此，多孔碳常常表现出比传统石墨碳更好的电化学性能，被应用于锂离子电池、锂硫电池以及超级电容器上。

当前多孔碳材料的核心设计思路是开发能够有效负载更多的硫且提供更多的多硫化物的限制通道的结构，以提高硫的利用率的循环性能，如多孔、中空和核/壳结构。

3、石墨烯

石墨烯（Graphene）材料的结构特征决定了石墨烯材料的储锂行为。Graphene材料具有很高的储锂容量，开放的大孔结构也为电解质离子的进入提供了势垒极低的通道，可保证Graphene材料具有良好的倍率特性。Graphene比容量是石墨理论容的两倍，可直接用作LIBs的负极材料。研究人员认为，Graphene的高比容量主要源自于边缘大量缺陷的存在以及良好的导电性能，其电极薄膜电阻极低，仅为１Ω。

然而进一步的研究表明，Graphene用作LIBs负极材料存在循环寿命低的问题。近年来，为了提高石墨烯作为负极材料的性能，Graphene与过渡金属氧化物、硅基、锡基等材料复合制作成石墨烯基复合负极材料成为现在LIBs研究的热点，也是今后发展的趋势。

4、碳纳米管

碳纳米管（CNT）是由单层或多层同轴炭片层组成的“具有类似于石墨层状结构”的材料，这种微观结构使得锂离子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多（管内和层间的缝隙、空穴等），同时因CNT导电性能好，具有较好的电子传导和离子运输能力，因而可以作为LIBs负极材料。

然而采用CNT直接作为LIBs负极材料也存在不足之处，如第一次不可逆容量较大，首次充放电效率比较低；CNT负极缺乏稳定的电压平台，存在电位滞后现象等。为了提高CNT的使用效果，研究人员尝试制备SnO2/CNT、过渡金属氧化物/CNT、SiO2/CNT等复合负极材料，都成功的提高了CNT基电极材料的电化学性能，为大容量、高稳定的LIBs发展提供了可能的解决方案。

 尽管过去几年各类新型碳纳米材料在LIBs负极研究中取得了巨大进展，但是在实际应用之前，仍有许多关键挑战需要克服，如提高首效，优化电极结构，实现低电压滞后和高体积能量密度等，仍需要继续探索！

普鲁士蓝（Prussian Blue）即亚铁氰化铁，是一种配位化合物，最初被用作颜料和染料。近年来的研究发现，普鲁士蓝及其类似物（PBA）拥有一般MOFs比表面积大、孔隙率高的优点，在生物医药、临床治疗、催化和能源转换等领域都有广阔的应用前景，最近更是频繁登上各大顶刊。本期小丰整理了3篇普鲁士蓝的研究进展，一起了解下吧~

Adv. Mater:一步法合成Ni负载、空心核壳、硒掺杂特征的普鲁士蓝

通过引入多金属主元、阴离子掺杂和形貌构造，如核壳结构、空心结构、金属负载等，可以进一步提高普鲁士蓝类似物（PBA）的OER性能，但往往涉及复杂的多步合成路径。近日，Advanced Materials报道了研究人员通过低温热解前驱体/硒粉混合物， 一步合成改性多级PBA催化剂。该产物具有独特的Ni负载、空心核壳、硒掺杂特征，在碱性介质中兼具优异OER电催化性能（电流密度10 mA/cm2时过电位为184 mV，优于商用RuO2材料）和稳定性。对比实验与DFT计算结果，证实“一石三鸟”策略能显著提高PBA的本征活性与有效活性面积。该项工作对PBA及其他MOF材料的成分与结构设计具有借鉴意义。

文献名称：Enhancing Oxygen Evolution Reaction Performance in Prussian Blue Analogues: Triple-Play of Metal Exsolution, Hollow Interiors, and Anionic Regulation. Advanced Materials, 2023.

Energy Storage Mater：Ba2+电化学原位嵌入普鲁士蓝提高其稳定性

解决普鲁士蓝类似物（PBA）结构不稳定且残留间隙/结晶水问题，可以提高其作为钠离子电池正极时的循环稳定性。近日，Energy Storage materials报道了研究人员基于对外来多价阳离子的合理选择和协同控制，开发了一种通过原位电化学插入反应设计[A]位取代的钠基正极的新方法，以提高PBA的结构稳定性并促进钠离子扩散速率。特别地，当电池在充放电过程中进行时，Ba2+可以通过原位电化学反应插入PBA晶格中，保持框架稳定性和防止残余水进入晶格。通过合理控制电解质中Ba2+的添加量，所制备的正极表现出显著增强的结构稳定性，150次循环后容量保持率为96.6%，即使在6C下也能提供83.41mAh g-1的容量。这项工作为开发钠离子电池中高性能正极材料的碱位替代策略提供了重要见解。

文献名称：Barium ions act as defenders to prevent water from entering prussian blue lattice for sodium-ion battery

Nat. Commun. ：具有分离活性位点的普鲁士蓝用于CDT治疗

化学动力学治疗(Chemodynamic therapy,CDT)借助于肿瘤微环境弱酸和H2O2过量的特性，利用Fenton或类-Fenton反应将弱氧化性的H2O2催化转化成强氧化性的 ‧OH，从而可用于肿瘤治疗。近日，Nature Communications报道了一种水氧化钴铁普鲁士蓝（CFPB）纳米框架，可从 H2O 中提供持续的、外部无能量的 ‧OH ，用于 CDT 和/或光热疗法（PTT）。值得注意的事，该项研究中制备的CFPB 纳米立方体和纳米框架都能从 H2O 中自供 O2、H2O2 和 ‧OH，其中纳米框架在产生 ‧OH 方面表现更好。模拟分析表明，CFPB 在催化水氧化、氧还原和 Fenton 类反应时具有分离的活性位点。制备的脂质体包覆 CFPB 纳米框架可用于治疗雄性肿瘤小鼠的可控水驱动 CDT。

文献名称：Prussian blue analog with separated active sites to catalyze water driven enhanced catalytic treatments

纳米二氧化锡（SnO2）材料作为一种重要的本征半导体氧化物，具有优异的光学性能、电学性能和化学稳定性，在气敏传感器、储能材料、催化等领域具有重要应用前景。本期小丰整理了SnO2的4种应用，一起看下~

传感

SnO2和其他半导体材料相比，对于低浓度气体具有较高的灵敏度，将其用于气体传感器使用时，在一般检测范围内，SnO2气敏元件的电阻率变化较大，输出信号强，因此SnO2基材料在气体传感领域具有一定的应用，目前已经被广泛用于SO₂、H₂S、CO和胺等许多有毒气体的有效传感。

电极

SnO₂具有较高的储锂容量，最先被用在锂离子电池。之后的研究发现SnO₂基复合材料也可作为太阳能电池使用。研究人员通过制备SnO₂纳米粒子、纳米晶体、纳米管、纳米板、纳米球、纳米线、量子点等构筑坚固的SnO2基负极，从而获得高库伦效率和高比容量的锂离子电池。最新的研究发现，黑色SnO₂纳米材料作为锂电负极具有1340 mA h/g可逆容量，远优于SnO2的理论容量极限（783 mA h/g），为高性能锂电负极材料的实际应用提供了可能。

催化

SnO₂的禁带宽度约为3.6eV，属于宽禁带N型半导体材料，同时具有丰富的表面晶格氧缺陷，极易被还原，这些特性使得SnO₂ 可被应用于光催化反应。另外，SnO2材料比表面积较大，具有优良的吸附性能，内外活性均较高，与污染物反应较快，因此常被用于污染物治疗、有机合成等领域。

电子传输

SnO₂具有高透明性、超高电子迁移率（＞200cm²·v^-1·s^-1）是一种优良的电子传输层材料，被广泛应用于各种光电器件中。在有机发光二极管（QLED）的制备中，SnO₂主要起到电子传输的作用，能够提高QLED的光电转化效率。此外，在钙钛矿太阳能电池中，SnO₂极有可能取代现在常用的电子传输层TiO2，并且SnO₂可在低温下加工，还具有合适的能带结构，有利于电子的高效提取和传输。