奇思妙想！那些登上了Advanced系列杂志封面的优秀论文（6月第2期）

Gloria • 2023年11月27日下午6:40 • 顶刊解读 • 阅读 11

6月第2期《封面大赏》专栏收录2021年6月第2周Advanced材料科学类顶刊上发表的关于能源转化与存储的封面文章。

无铅钙钛矿光电材料

奇思妙想！那些登上了Advanced系列杂志封面的优秀论文（6月第2期）

苏州大学Vincenzo Pecunia教授课题组及合作者报道了一种表征钙钛矿光电材料缺陷参数的方法——光致电流瞬态光谱（PICTS）。PICTS可表征太阳能电池内部无铅钙钛矿类材料的缺陷参数，包括缺陷浓度、缺陷能级位置以及俘获截面。此外，作者们还提出了一种利用测得的缺陷参数定量表达材料对缺陷容忍度的方法。PICTS十分精确，对极低缺陷浓度（< 1 ppb）仍灵敏，适用于多种钙钛矿类材料（Cs₃Sb₂I₉、Rb₃Sb₂I₉、BiOI、AgBiI₄）。本工作报道的方法有望为理性设计基于无铅钙钛矿材料的高性能太阳能电池助一臂之力。

封面展示的是在钙钛矿晶体表面进行的一场台球赛。其实这是对PICTS方法原理的比喻。PICTS方法依赖于钙钛矿材料中光生载流子（图示台球）被缺陷（图示蓝色晶格中的空洞）俘获的过程来表征缺陷性质，正如将台球打进球洞的台球游戏。

锂离子电池正极材料

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中山大学吴明娒教授课题组及合作者发表了一种具有[110]晶向的Li₄Ti₅O₁₂超薄纳米片及其在锂离子电池中的应用。该团队首先利用第一性原理计算表明[110]晶向是Li⁺在Li₄Ti₅O₁₂中的最快速传输通道。基于此结论，作者们采用乙二醇为晶面导向剂，利用TiO₂-B前驱体和LiOH锂源，通过水热法和后续热处理方法制备出具有[110]取向结构的Li₄Ti₅O₁₂超薄纳米片。得益于该独特的结构和片状纳米形貌，所合成的材料展现出显著改善的锂离子传输动力学：100 C电流密度（17500 mA/g）下电极比容量达到146 mAh/g；50 C (8750 mA/g) 大电流下充放电循环1500圈后具有150 mAh/g比容量，比容量保持率88%。恒电流间歇滴定法 (GITT) 测得该材料在放电过程中的Li⁺迁移率为1.33×10^-9 cm² s^-1，高出大部分已报导的钛酸锂正极材料的Li⁺迁移率。本工作为研发快充锂离子电池提供了重要参考。

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画面正中是文章主角——具有[110]取向结构的Li₄Ti₅O₁₂超薄纳米片晶体结构。黄色的Li⁺正通过[110]孔道，象征了Li⁺在材料中高速迁移。背景中的蓝天、绿草、风能发电机、太阳能电池板均指示了清洁能源的大背景。绿色的电池代表新能源存储装置，是本研究的直接应用。

非富勒烯有机太阳能电池

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日本大阪大学（Osaka University）佐伯昭纪教授课题组展示了利用机器学习筛选出高性能非富勒烯有机太阳能电池活性材料。他们利用566个已有实验数据，构建了一种随机森林模型（Random Forest Model）并以此筛选了200932种具有共轭结构的有机化合物。作者们不仅仅应用算法确定了具有潜力的有机材料，还实际合成了一部分基于二苯并噻吩和噻唑并噻唑的预测化合物，将其制成太阳能电池并测试以检验机器预测的有效性。实验发现性能最佳的PBDTTzEH:IT-4F预测物的光电转换效率达到10.10%，与机器预测值吻合较好。本工作展示了机器学习对于太阳能电池活性材料设计的强大辅助作用。

充满0和1的“大脑”思索出太阳能电池片，逐渐延伸、翻转，延向远方——该构图形象体现了机器学习设计太阳能电池材料的研究主题。画面左上方和右下方漂浮着两种非富勒烯有机化合物的分子模型，代表了机器学习的对象。

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