在全球能源转型与“碳中和”目标驱动下，新能源技术的发展亟需高性能、高安全、低成本的储能与转换材料。二维材料以其独特的原子级厚度、可调控的电子结构、高比表面积和优异的力学/电学性能，成为新能源领域的明星材料。从石墨烯、过渡金属硫族化合物到共价有机框架，二维材料在燃料电池、锂/钠离子电池、固态电解质等领域展现出巨大潜力。
多层石墨烯嵌入的2D MoSxSey阴极工程用于高性能钠-硫-硒混合电池
背景：面对大规模储能需求，钠-硫(Na-S)电池因其高能量密度和钠资源丰富而备受关注，但其发展面临硫电导率低、多硫化物穿梭效应和循环稳定性差等挑战。为此，研究者提出将导电性更好的硒(Se)与硫(S)结合，形成混合硫硒(SxSey)阴极，以提升电池性能。
简要内容：该研究成功合成并表征了多层石墨烯(MLGr)嵌入的二维MoSxSey复合材料（其中S:Se比例分别为1:3和2:1）。通过VASP计算证实了材料的热力学稳定性和电子结构。研究发现，将该材料作为阴极，并在电解液中添加3 wt%的碳酸亚乙烯酯(VC)添加剂，可显著提升钠-硫-硒(Na-SxSey)混合电池的性能。其中，MLGr-MoS2Se1（S:Se=2:1）材料表现出最佳性能：在1.0 A/g的电流密度下循环500次后，仍能保持295 mAh/g的高可逆比容量。多层石墨烯结构有效促进了离子/电子传输，而VC添加剂则在电极/电解质界面形成了稳定的钝化层，抑制了副反应，从而实现了优异的倍率性能和循环稳定性。
结论：MLGr-MoS2Se1复合材料结合3 wt% VC添加剂，是构建高性能、长寿命钠-硫-硒混合电池的一种极具潜力的阴极工程策略。通过硫硒混合与界面工程协同优化，有效解决了传统钠-硫电池的关键瓶颈问题。
Journal of Power Sources 654 (2025) 237829
锂盐掺杂离子型共价有机框架电解质的原子传输机制
背景：发展高性能固态电解质是构建高能量密度、高安全性固态锂电池的关键。离子型共价有机框架作为一种新兴的固态单离子导体电解质材料备受关注，但其本征电导率较低。一种有效的策略是在iCOF的孔道中填充双三氟甲磺酰亚胺锂等锂盐，然而，这种复合电解质内部的离子传输机制尚不明确，阻碍了其进一步优化。
简要内容：该研究利用分子动力学模拟，系统研究了以TpPa-SO3Li为模型的iCOF与不同比例LiTFSI锂盐构成的复合电解质在不同温度下的离子输运行为。研究发现，随着孔道中LiTFSI比例增加，Li+的扩散系数显著提高，而TFSI-阴离子的扩散则受到抑制。Arrhenius方程拟合表明，Li+扩散的活化能与LiTFSI浓度几乎无关。径向分布函数和配位数分析揭示，TFSI-会与iCOF骨架上原有的SO3-基团竞争Li+的溶剂化结构，削弱了Li+与SO3-的结合。构型熵和键取向序参数的计算进一步表明，Li+溶剂化结构的无序度（熵）增加是导致其电导率提升的主要微观结构因素。
Batteries & Supercaps 2025, 8, e202400580 (1 of 10)
结论：在iCOF孔道中填充LiTFSI通过改变Li+的局部配位环境，特别是通过引入TFSI-与SO3-的竞争，增加了溶剂化结构的无序度（熵），从而有效促进了Li+的传导，同时抑制了TFSI-的迁移，这为实现高电导率、高锂离子迁移数的iCOF基复合电解质指明了方向。
基于呋喃的共价有机框架作为锂/钙离子电池电极材料的密度泛函理论研究
背景：为满足对高效、环保、低成本储能解决方案日益增长的需求，开发新型电极材料至关重要。共价有机框架（COFs）因其可设计的结构和高理论容量成为有前途的电极候选材料，但其本征电导率和离子扩散速率受限。呋喃衍生物被证明可增强与金属离子的相互作用，但针对基于呋喃的COF在金属离子电池中应用的理论研究尚属空白。
简要内容：本研究通过密度泛函理论，系统评估了一种新型二维多孔呋喃基COF（F-COF）作为锂离子和钙离子电池电极材料的潜力。VASP计算结果表明，F-COF单层具有优异的热力学、机械和动力学稳定性，吸附金属离子后可从半导体转变为金属态，从而提升电导率。其对锂离子和钙离子的最大吸附能分别为-4.1 eV和-5.2 eV，显示出强相互作用。理论比容量高达750 mAh g⁻¹（Li）和700 mAh g⁻¹（Ca），远超石墨，且体积膨胀率小（-5%至2%）。开路电压范围对Li为1.7-4.1 V，对Ca为1.1-2.6 V。主要的挑战在于锂离子和钙离子的最低扩散能垒较高，分别为2.3 eV和2.6 eV，限制了本征材料的倍率性能。
Computational and Theoretical Chemistry 1253 (2025) 115445
结论：该研究工作从理论上证明F-COF是一种具有高理论容量、良好结构稳定性、合适电压窗口和高金属离子结合能的稳定电极材料，但其固有的高离子扩散能垒是实现其快速充放电性能的关键制约因素。
石墨烯氧化物对聚合物燃料电池膜热导率影响的机理理解
背景：在实现“净零碳排放”目标的背景下，聚合物电解质膜燃料电池（PEMFCs）因其高效率而备受关注。然而，其核心部件——例如Nafion这样的聚合物电解质膜（PEMs）——在干燥和高温条件下，热导率较低，导致其热管理困难，限制了电池性能和耐久性。通过添加石墨烯氧化物等纳米填料提升其热导率是潜在的优化策略，但其具体影响机制尚不明确。
简要内容：本研究采用分子动力学模拟，系统研究了添加0.8 wt%的石墨烯氧化物（GO）对不同温度（300K, 325K, 350K）和不同水化水平（λ=3, 6, 9）下Nafion膜热导率的影响。研究发现，提高水化水平（从λ=3增至λ=9）可使热导率提升14%，这是因为形成了大而连续的水簇网络，建立了高效的热传导通路。然而，在干燥条件（λ=3）下加入GO反而使热导率降低了4.7%。温度升高对纯Nafion膜和含GO膜的热导率均有轻微的负面影响。通过对水簇结构、径向分布函数和配位数的深入分析发现，GO表面羟基与水分子的强相互作用，会“捕获”水分子，从而阻碍了水分子之间以及水分子与Nafion膜磺酸根基团之间的相互作用，导致水簇破碎、连接性降低，从而削弱了聚合物链间通过水簇桥接的热传导通路。
Rayhani M, Jian C, CSME-CFDSC-CSR 2025
结论：研究表明，在干燥条件下添加GO会破坏Nafion膜中水簇网络的连通性，导致其热导率不升反降。温度升高会进一步破坏水簇连通性，但在GO存在时，水与磺酸根基团的相互作用能保持相对稳定。
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