离子交换技术助力合成先进电化学能量存储转化纳米材料

研究背景

Figure1. Advantages of IE technology for materialpreparation.

由于目前人类对能源的极大需求，高性能电化学能量储存转化材料的制备技术受到了社会各界的高度关注。相比于传统的水热、溶剂热、离子热、化学气相沉积、静电纺丝以及高温固相等合成方法，离子交换技术（IE）作为一种合成纳米材料的新方法因其能够精确地进行结构设计并同步对组分元素含量加以调控，引起了广大科研人员的重视。鉴于，关于IE技术的反应机理、纳米材料的制备以及相关应用之间的联系，目前尚无学者进行充分的总结分析，该综述对IE制备纳米材料的合成机理、历史发展、相关优势、能量存储转化性能进行了完备的阐述分析。

内容简述

Figure2.Schematic illustration of impact of reaction zone: (a) reaction zoneoriginating at middle and (b) reaction zone originating from whole surface,with increasing diffusion rates of ions. Color code: orange for reactant, bluefor resultant, and ash gray for interface.

该综述首先从化学反应动力学和热力学两个角度讨论了阴阳离子交换的典型反应机制和对目标产物形貌、晶体结构的影响。

Figure3. The differences between cation and anionexchanges.

再次，作者团队对近年来运用IE技术制备各种类型纳米材料（包括具有Porous structure、Hollow structure、Core-shell structure、Hetero-structure的金属氧化物、金属氢氧化物、金属硫化物、金属硒化物）进行了详细的分析。

然后，文章总结了IE制备的电极材料在电化学能量储存转化方面的具体应用案例，包括超级电容器、碱金属离子电池、燃料电池(催化产氢、产氧)方面的相关应用。

Figure4.IE-prepared materials and their applications.

最后，该综述对于IE技术的未来应用前景进行了展望，涵盖了多金属化合物的合成、低成本工业化大规模生产应用、IE的深度反应观测表征技术。本文对IE技术的深入理解，将为高性能储能材料的合成提供更好的技术路线。

来源：材料人