多巴胺（Dopamine，DA）是一种重要的神经递质，其准确检测对临床诊断和神经科学研究至关重要。由于多巴胺具有电化学活性，常通过电化学方法进行检测，电化学方法因其操作简便、响应迅速、适用于在体分析而备受关注。本文本研究采用HAuCl4还原的方法在二硫化钼纳米片上修饰金纳米颗粒制备了Au@MoS2复合材料，旨在构建一种高灵敏度的多巴胺电化学传感器，以增强DA吸附，从而提升检测多巴胺的性能。SEM、TEM、EDS、XPS、XRD证实了Au@MoS2的成功合成，并且金纳米颗粒均匀分布在MoS2纳米片表面。电化学表征结果表明，Au@MoS2/GCE在10 μmol·L-1 DA溶液中表现出明显的氧化峰，且电化学活性显著优于未修饰的GCE和纯MoS2。DPV结果表明，Au@MoS2/GCE在800 nmol·L-1至10 μmol·L-1范围内对DA呈现良好的线性关系，检出限（LOD）低至78.9 nmol·L-1（S/N=3），并且对其他共存干扰物质具有优良的选择性。此外，在Au@MoS2表面进行激光诱导产生带有表面带有大量负电荷缺陷的LIAu@MoS2,，实现了对低浓度DA的超灵敏检测。此外，激光诱导的Au@MoS2（LIAu@MoS2）由于表面富含大量带负电荷的缺陷，能够实现对低浓度DA的超灵敏检测。综上所述，本文成功制备了Au@MoS2复合材料，并构建高灵敏度的多巴胺电化学传感器。该传感器具有成本低廉、操作简单和易于量产的特点，显著提升了对DA的传感性能，在生物传感领域具有潜在的应用前景。
由于锂硫电池高理论能量密度（2600 Wh·kg-1）和比容量（1675 mAh·g-1），被认为是集成可再生能源系统用于大规模能量存储的潜在解决方案之一。但由于“穿梭效应”、容量衰减和体积变化等障碍阻碍了锂硫电池的成功商业化。现阶段已提出各种策略以克服技术障碍，本文综述了不同金属氮化物作为高性能锂硫电池阴极宿主材料的应用，总结了不同宿主材料的设计策略，讨论了金属氮化物性质与其电化学性能之间的关系，最后，提出了对金属氮化物设计和发展的合理建议，以及促进未来突破的想法。我们希望本文能够引起更多关于金属氮化物及其衍生物的关注，并进一步促进锂硫电池的电化学性能。
电催化二氧化碳还原是一种有望解决全球能源和环境危机的变革性技术。然而，其实际应用面临着两大关键挑战：一是分离混合还原产物的过程复杂且能耗高，二是所使用碳源（反应物）的经济可行性。为了同时解决这些挑战，固态电解质（SSE）反应器的研究正在受到日益广泛的关注。在这篇综述中，我们着眼于探讨将SSE应用于电化学CO2捕获和转化串联系统的可行性。我们首先讨论了SSE反应器的结构和基本原理，随后介绍了其在上述两个领域及串联电解的应用实例。与传统的H型电解池、流动池及膜电极电解池相比，SSE的关键创新在于阴离子交换膜和阳离子交换膜之间部署的SSE层，它实现了高效的离子传输，且可通过去离子水或湿润的氮气流有效地分离离子传导和产物收集功能。目标产物可以在SSE中间层通过两极离子复合形成，并通过多孔的SSE层被流动介质高效地带走，产生纯净的液相产物。由于CO2还原反应可以生成一系列液体产物，过去几年中先进催化剂的开发也进一步推动了SSE反应器在高效化学品生产中的实践应用。值得注意的是，由于阴极还原反应常常消耗水中的质子并导致局部高碱性环境，SSE可应用于从不同气源（如烟道气）中捕获酸性CO2以形成碳酸根离子。在电场的驱动下，形成的CO32-可以通过阴离子交换膜，并被阳极半反应产生的质子所酸化，实现高浓度CO2的再生，进而被收集作为下游CO2电还原的低成本原料。基于这一原理，近年来已有多种SSE构型的反应器被报道用于高效捕获不同气源的CO2。通过两个SSE单元的协同作用，已经实现了串联电化学CO2捕获和电催化转化。最后，我们对SSE在未来面向碳中和领域的应用中提出了展望，并建议更多关注以下具体方面的优化：SSE层的基本物理化学性质、电化学工程视角下离子和物种通量及选择性，以及连续CO2捕获和转化单元之间的系统性匹配。这些努力旨在进一步推动固态电解质反应器在更广泛的电化学领域中的应用示范。
开发高效、稳定的氧还原反应电催化剂对于质子交换膜燃料电池的大规模应用具有重要的促进作用。合金化是目前广泛采用的Pt基催化剂优化策略之一，然而，传统Pt基无序合金催化剂活性目前依然无法满足燃料电池设备的要求。此外，过渡金属容易在酸性体系中发生腐蚀溶解，造成催化剂活性的迅速衰减，从而导致设备的整体稳定性较差。相比之下，金属间化合物因其原子有序排列可以提供独特的电子效应、几何效应及更强的金属间相互作用，实现催化活性与稳定性双重提升的目标。本文报道了一种L10型Pt2NiCo三元有序金属间化合物纳米催化剂（o-Pt2NiCo），相较于Pt2NiCo无序合金和Pt/C，其催化活性与稳定性均有显著增加。通过进一步改变退火条件对Pt2NiCo的有序度进行调控，并探究了ORR性能与有序度之间的关系。实验结果表明，当退火温度为800 °C，退火时间为2 h时，Pt2NiCo有序度达到最高值35.9%，且有序度与催化活性呈正相关。对于电催化ORR反应，o-Pt2NiCo在0.9 V电位下的质量活性能够达到0.44·mgPt−1，分别是无序Pt2NiCo合金（d-Pt2NiCo）和Pt/C的1.8倍与2.8倍。同时，o-Pt2NiCo的催化稳定性也得到了大幅度提升，在30000圈电位循环后质量活性保持率依然能够达到70.8%，远超d-Pt2NiCo和Pt/C。
金属-有机框架（MOF）纳米材料因其独特性质显著促进了电化学传感器的发展。合理设计双金属MOF并集成与微电极对于提高电化学性能至关重要，但仍然面临巨大挑战。本工作中通过原位电沉积方法将双金属FeCo-MOF纳米材料组装于金超微电极（Au UME，直径约为5.2 µm）表面，并应用于肾上腺素（EP）的电化学检测。FeCo-MOF呈现类纳米花结构，均匀分散在超微电极基底上。FeCo-MOF/Au UME在EP检测中表现出较好的电化学性能，具有高灵敏度36.93 μA·μmol-1·L·cm-2和低检测限1.28 μmol·L-1。这可归因于EP在超微电极基底的非线性快速传质特点，以及基于MOF结构中Fe、Co双金属的协同催化效应。此外，我们将FeCo-MOF/Au UME成功应用于人血清样本中EP的检测，且表现出较高回收率。本研究工作不仅有助于扩展电化学传感器研究领域，还将为设计开发基于MOF纳米敏感材料的微纳电化学传感器件提供指导和借鉴。
介孔碳载体可通过纳米孔限域Pt沉积缓解磺酸根中毒问题，但其形态特征对氧传输的影响机制尚不明确。本研究结合碳载体形态模拟与改进的催化层团聚体模型，构建了阐明催化层孔结构演化、Pt利用率及氧传输过程的数学模型。结果表明，局部传质阻力主要由三个因素主导：（1）决定氧通量的活性位点密度；（2）决定最短传输路径的离聚物膜厚度；（3）影响实际路径长度的离聚物-Pt表面积比。在低离聚物/碳比例（I/C比）条件下，活性位点不足导致局域传输阻力显著增加（因素1主导）；而高I/C比虽提升离聚物覆盖率，但膜厚增大会削弱传质（因素2-3主导）。大尺寸碳颗粒因降低外比表面积并增加离聚物厚度，导致局域传质阻力净升高。随着纳米孔内Pt占比或Pt质量分数增加，孔内Pt密度升高加剧孔道堵塞，导致活性位点减少并增加离聚物厚度及表面积，进一步增大传质阻力。同样地，Pt载量降低导致活性位点减少，氧传输阻力线性增加。本研究强调需协同优化载体形态、Pt分布及离聚物含量，在平衡催化活性与传质效率的同时抑制孔道堵塞，研究结果可以为高性能介孔碳催化剂设计提供系统化理论指导。
为获得更高性能的电化学储能材料，兼具独特结构与优异特性的金属氧化物/氧化石墨烯复合材料体系受到广泛关注。本研究通过调控氧化石墨烯的引入量，构建金属有机框架与氧化石墨烯的复合结构，并基于一步煅烧法成功制备了氮掺杂碳骨架支撑金属氧化物与氧化石墨烯的复合体系。电化学性能测试结果表明，当氧化石墨烯引入量为7 wt%时，复合材料的比电容可达642 F·g-1（1 A·g-1），5000次循环后容量保持率达93%，其优异的储锂性能源于氧化石墨烯对金属氧化物纳米颗粒的导电网络优化与结构稳定作用。该研究为高稳定性金属氧化物/碳基复合电极材料的理性设计提供了新思路。
大规模部署电解水制氢技术需要高性能的电催化剂。魏子栋教授课题组针对电解水制氢电极在工业工况条件下运行面临的关键科学与技术问题，持续致力于开展析氢/析氧催化反应机理解析，提升工况条件活性与稳定性的基础科学问题研究。本综述系统地总结了该课题组近十多年围绕高性能析氢和析氧电极研究所取得的进展。首先分析了电解水制氢面临着的析氢反应动力学速率缓慢与析氧反应活性/稳定性相互制约的原因，提出了调控电解水性能的“12345”原则。进而，针对碱水析氢催化剂，发现了复合相界面增强析氢活性的“烟囱效应”和“定域电场增强效应”，利用相界面调控，优化关键物种的选择性吸附、促进界面水分子富集-再定向与活化来强化高极化条件下的传质与反应，提升工业工况反应动力学。对析氧催化剂，提出了“双阴离子调控”、“晶格氧抑制”以及“表面自修复”等策略，通过平衡不同含氧物种吸附强度、调控磁性、增强金属-氧键强度和重组表面动态结构等实现活性与稳定性的同步提升。最后，本文总结了目前析氢/析氧催化剂在工业级碱水槽应用时面临的长周期活性和稳定性的挑战，并提出了未来的研究方向。
本综述探讨了电化学原位偏振调制红外反射吸收光谱在电极表面薄膜结构、取向和构象研究中的应用。该技术基于红外光谱表面选律，利用p偏振光在金属表面的增强和s偏振光的衰减特性，通过两者的差谱消除溶剂背景吸收，从而获取单一电极电位下表面物种的红外吸收信息。相比之下，另外两种流行的原位红外光谱技术，差减归一化界面傅立叶变换红外光谱和表面增强红外吸收光谱，需要进行电位差谱以消除本体溶液的信号。本文首先简要介绍了偏振调制红外反射吸收光谱的操作流程及消除背景吸收的方法，随后通过三个实例展示了该技术在仿生生物膜研究中的应用：束缚磷脂双层膜、大肠杆菌素在磷脂双层中的结构分析，以及金电极表面核脂单层膜的研究。最后，以氧化石墨烯在电化学还原过程中的结构变化为例，阐述了偏振调制红外反射吸收光谱在材料科学中的广阔应用前景。
在化学镀钴过程中，我们发现添加剂糖精的加入可明显改变化学镀钴层表面的形貌、织构取向及镀层的导电性。研究表明，当糖精添加量为3 mg·L-1时，钴镀层由无序大晶粒转变为蜂巢状结构，具有密排六方（HCP）钴晶体的（002）择优取向，其电阻率降低至14.4 μΩ·cm，经过热处理后，电阻率进一步降低至10.7 μΩ·cm，这对于其在芯片中的应用具有重要价值。当糖精浓度升高时，晶粒逐渐细化，呈现“石林”状结构，择优取向不变，而糖精的加入在一定程度上提高了镀钴膜的纯度。通过密度泛函理论对钴镀层结晶行为的研究表明，糖精分子可吸附于钴密排晶面的特定c位点，抑制abc堆积方式生长，诱导晶体按ab堆积方式生长，从而实现HCP（002）晶面的择优生长。
直接乙醇燃料电池作为传统能源的有前途替代方案，具有能量密度高、环境可持续性好和操作安全等优势。相较于直接甲醇燃料电池，直接乙醇燃料电池的毒性更低且制备工艺更成熟；与氢-氧燃料电池相比，直接乙醇燃料电池在储存运输可行性和成本效益方面表现更优，显著提升了商业化潜力。然而，乙醇分子中稳定的C-C键会形成高活化能垒，常导致电氧化不完全。目前商用的铂和钯基催化剂对C-C键的断裂效率低下（< 7.5%），严重制约了DEFCs的能量输出和功率密度。此外，催化剂成本高昂和活性不足进一步阻碍了其大规模商业化。近期DEFC阳极催化剂设计的进展主要集中在材料组分优化和催化机理阐释两方面。本综述系统梳理了过去五年乙醇电氧化催化剂的研发动态，重点探讨了提升C1路径选择性和C-C键活化的策略，包括：合金化设计、纳米结构工程、界面协同效应等，并深入分析总结了其作用机制。最后，我们提出了DEFC催化剂商业化面临的挑战与未来发展方向。
含尿素废水的转化制取清洁氢能技术日益受到关注，但尿素氧化反应（UOR）仍面临催化动力学迟缓和长期稳定性不足的挑战。本研究通过电化学重构CoP纳米针前驱体，在碳纤维纸（CFP）上构建了具有亲水表面和丰富氧空位（Ov）的松散多孔CoOOH纳米结构（CoOOH LPNAs）。该三维电极在1000 mA·cm−2电流密度下展现出1.38 V（vs. RHE）的低电位和优异的UOR耐久性。在阴离子交换膜（AEM）电解槽中，工业级尿素辅助水分解仅需1.53 V即可实现1000 mA·cm−2的电流密度，并稳定运行100小时无衰减。实验与理论研究表明，丰富的氧空位能够有效调控CoOOH的电子结构并且产生Co原子相互靠近的独特Co3三角活性位点。这种协同作用精确调控了反应物及中间产物的吸附-脱附过程，显著降低了UOR的热力学能垒。此外，超亲水自支撑纳米阵列结构促进了反应过程中气体气泡的快速脱附，既提升了整体反应效率，又避免了气泡堆积引发的催化剂剥离问题，从而在高电流密度下同时实现了催化活性和稳定性的双重提升。
开发适用于海水电解质的高性能氧还原反应（ORR）电催化剂是实现海水锌空气电池（SZABs）发展的关键。本文提出了一种在双金属单原子催化剂中构建局域电场耦合氯离子固定策略，所制备催化剂在海水电解质中表现出优异的ORR性能，其半波电位（E1/2）高达0.868 V，组装的SZABs最大功率密度（Pmax）达182 mW·cm−2，显著优于商用Pt/C催化剂（E1/2: 0.846 V；Pmax: 150 mW·cm−2）。原位表征和理论计算结果表明，铁位点比钴位点具有更强的氯离子吸附亲和力，能够在ORR过程中优先吸附海水中的氯离子，并通过同离子排斥效应构筑低氯离子浓度的局域微环境，从而抑制氯离子对钴活性中心的吸附和腐蚀，实现优异的催化稳定性。此外，铁-钴原子对之间的定向电荷迁移形成局域电场，优化了钴位点对含氧中间体的吸附能，进一步提升ORR催化活性。
中性析氧反应对于新能源转换与存储领域而言意义十分重大。然而，缓慢的质子耦合电子转移步骤限制了析氧反应的整体效率。因此，开发高活性的中性析氧催化剂具有十分重要的研究价值。本文通过一种简便的策略成功制备出离子液体（IL）修饰的CoSn(OH)6纳米立方体（CoSn(OH)6-IL）。修饰的离子液体并未改变CoSn(OH)6的结构特征，但可有效调控活性位点附近的质子活性。与未经修饰的CoSn(OH)6纳米立方体相比较而言，CoSn(OH)6-IL对中性析氧反应展示出更高的本征活性。例如，在1.8 V（相对于可逆氢电极）的电压下，CoSn(OH)6-IL的析氧电流密度是CoSn(OH)6的4倍。根据pH依赖性实验、原位电化学阻抗图谱、化学探针实验和同位素效应等测试结果可以得出，CoSn(OH)6-IL催化剂中的界面离子液体可以作为质子转移介体，促进中性析氧反应的质子转移速率并提高析氧中间体的表面覆盖度，有效降低活化能垒，最终能够加速析氧反应动力学。这项工作提供了一种简单且有效的策略促进质子耦合电子转移过程，并有利于指导析氧催化剂的合理设计。
石墨氮化碳（g-C3N4）因其出色的机械和热学特性而成为一种有价值的材料，可应用于光电转换器件、有机化合物合成的加速器、燃料电池应用或电源的电解质，以及储氢物质和荧光检测器等领域。g-C3N4可以采用不同的方法制备，且可得到多种形态和纳米结构，如为不同用途而设计的零到三维材料。近年来关于g-C3N4的报道很多，但缺乏涵盖纳米结构尺寸及其性质的全面综述。本文旨在对g-C3N4的光催化和电催化用途提供基本和全面的了解。通过涵盖合成方法、尺寸、形貌、应用和性能，重点介绍了g-C3N4纳米结构设计的最新进展。除了总结之外，我们还将讨论挑战和前景。从事g-C3N4纳米结构相关研究及各种应用的科学家、研究人员和工程师可能会发现我们的综述论文是有用的资源。
锌-碘（Zn-I2）电池因其高能量密度和环境友好性而备受关注，成为一种可持续的储能解决方案。本综述系统总结了Zn-I2电池在三个关键领域的最新研究进展：正极材料工程、锌负极稳定性调控和电解液设计。在正极方面，通过将碘锚定于导电基体上，可有效抑制多碘阴离子的穿梭效应，并加速I-/I2的氧化还原反应动力学。借助先进的原位表征技术，实现了对多碘中间体（I3-/I5-）的实时监测，深入揭示了电解质与电极间的相互作用，并为功能性添加剂的设计提供了理论依据，有效抑制了穿梭效应。在锌负极方面，近年来的创新手段如界面保护层的构建、三维导电骨架的引入及针对性的电解液添加剂的开发，在抑制锌枝晶生长和副反应方面取得了显著成效，从而提升了循环稳定性和库仑效率。然而，要在实际应用条件下实现长期可逆性和结构完整性仍面临诸多挑战。未来的研究应聚焦于协同电解液体系的构建和集成化电极结构的设计，以在化学稳定性、离子传输能力与机械强度之间实现协同优化，推动下一代Zn-I2电池技术的应用。特别是，开发具有协同增效作用的多功能电解质添加剂，以及构建兼顾力学强度与离子传输动力学的复合电极结构，将在提升Zn-I2电池性能和深化储能机理理解方面发挥关键作用。
目前，新能源技术高速发展，储能系统广泛应用，锂离子电池在其中占据着主导地位，因此通过热管理技术保障其使用性能、安全性并延长使用寿命也至关重要。本文首先综述了锂电池热失控的诱因，并根据近年来相关文献对比了常用的三种锂电池热管理技术，即空气冷却、液体冷却和相变材料冷却。空气冷却技术因其结构简单、成本较低而被广泛研究，但控温效果较差。液体冷却技术通过液体介质的循环来带走热量，具有较好的冷却效果，但系统相对复杂。相变材料（PCM）冷却技术利用相变材料的高潜热来吸收和释放热量，能有效降低电池的峰值温度并提高温度均匀性，但导热系数低和液体泄漏是其主要问题。综上所述，锂电池热管理技术正朝着更高效、更安全和成本效益更高的方向发展。耦合冷却系统，如结合液体冷却和相变材料冷却的方法，显示出巨大的潜力。未来的研究将继续探索新的材料和技术，以满足社会和市场对锂电池性能和安全性的日益增长的需求。
金属有机框架（MOF）材料作为典型的半导体材料，由于其本征的较差电子导电性，严重限制了其在燃料电池电催化领域的直接应用。为此，本文提出了一种解决策略，即在MOF晶体生长过程中加入碳纳米管（CNTs），最终合成了一种具有独特的CNT穿插在MOF晶体结构中的Co金属卟啉基的催化剂TCPPCo-MOF-CNT。物理表征表明，CNTs的插入不仅增强了催化剂整体的导电性，同时也保留了MOF本身的晶体结构和金属卟啉的原始特性。并且，由于CNTs的插入，在催化剂内部形成了大量促进传质的介孔结构，并产生了可以极大提升反应过程中传质效率的分级多孔结构。XPS揭示了插入的CNT中的碳原子改变了催化活性中心Co上的电子云密度，优化了催化中心的电子结构。在中性条件下，TCPPCo-MOF-CNT催化剂的半波电位达到0.77 V（vs. RHE），明显优于未插入CNT的单纯MOF材料制备的催化剂。最后，将TCPPCo-MOF-CNT作为阴极催化剂和Nafion-117组装成PEM微生物燃料电池（MFCs），MFCs显示其最大功率密度可达到约500 mW·m-2。因此，TCPPCo-MOF-CNT可作为一种有效的中性环境下ORR催化剂，同时此策略也为其他半导体材料提升电催化活性提供了一种方法。
一氧化氮（NO）通常来自汽车尾气和工业烟气，是最严重的空气污染物之一。为解决这一问题，电催化一氧化氮还原反应（NORR）被提出，其不仅能去除NO大气污染物，还能产生有价值的氨（NH3）。因此，通过对Fe3C纳米晶体进行改性，制备的Fe3C/C-900样品在常温常压条件下可作为高效NORR催化剂。电化学测试结果表明，Fe3C/C-900催化剂在-0.8 V（vs. RHE）时的合成NH3法拉第效率为76.5%，在-1.2 V（vs. RHE）时的NH3产率为177.5 μmol·h-1·cm-2。同时，其在长时间电解过程中，也能保持稳定的NORR活性。此外，我们将Fe3C/C-900的高NORR特性归因于两个方面：一方面，Fe3C纳米晶体的内在活性，包括降低决速步骤（*NOH→*N）能垒和抑制氢析出副反应；另一方面，多孔碳基底有利于活性成分的分散、气态NO反应物的有效吸附和液态NH3产物的释放。
