带你一起进入多姿多彩的陶瓷世界——顶刊陶瓷材料进展速递

陶瓷材料是指用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。而新型陶瓷材料在性能上有其独特的优越性，在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。那陶瓷材料近期发展如何，让我们一起领略一下陶瓷的魅力。

1. 意大利微电子和微系统研究所Laura Silvestroni（Composites Part B: Engineering）：从多尺度长度微结构方法设计超高温陶瓷纳米复合材料

超高温陶瓷 (UHTC) 材料因其潜在的非凡性能而备受关注。能够在非常高的温度下长时间运行的能力将研究推向具有不断提高的性能的材料工程，这些材料具有不断挑战的特性组合。在所有UHTC中，以二硼化锆ZrB₂为基础的UHTC得到了最多的研究，阐明了加工、微观结构和性能之间的关系。这些陶瓷表现出良好的性能组合，包括与Hf化合物相比有较低的密度(6.08 g/cm³)，具有高熔点 (3250 °C)、高导热性(60–130 W/mK)、高导电性和良好的高温强度。

意大利微电子和微系统研究所Laura Silvestroni研究了(Zr,Ta)B₂固溶体的多尺度微观结构随时间和温度的变化。该陶瓷是通过热压ZrB₂与15 vol% TaSi₂的混合物制成的，然后在2100℃下退火。过饱和固溶体的形成导致TaC纳米针在微米级硼化物晶粒基质内沉淀。相稳定性图用于定义烧结室内的分压条件，该分压条件促使金属或碳化物形式的纳米夹杂物沉淀。由于多尺度微观结构排列，强度峰值在1800℃下达到1GPa，在1900℃时强度仍保持在400-600 MPa。本文使用的简单加工路线促进了硼化物晶粒中纳米夹杂物的沉淀，并导致形成复杂的分层微观结构，其中几个层次的空间变化协同促进了升温强化。

参考文献：Gilli, N.;  Watts, J.;  Fahrenholtz, W. G.;  Sciti, D.; Silvestroni, L., Design of ultra-high temperature ceramic nano-composites from multi-scale length microstructure approach. Composites Part B: Engineering 2021.

2. 南京工业大学张广儒（Journal of Membrane Science）：介质阻挡放电等离子体与透氧膜耦合实现高效低温渗透

透氧膜(OPM)因其在氧气分离和能量转换应用方面的巨大潜力而备受关注。限制其发展的关键问题是高工作温度。因为高工作温度会导致高系统成本和高性能退化率及其其他问题包括缓慢的启动和关闭周期。此外，高温蠕变变形、热冲击、阳离子偏析和密封失效对于这些脆性陶瓷OPM是致命的。而低温OPM可以有效地解决上述问题，并且通过使用低成本材料和互连来实现植物平衡，具有降低成本的潜力。

南京工业大学张广儒提出了一种将OPM La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ与介质阻挡放电等离子体（一种大气压非热等离子体）耦合的新设计，用于高效低温 (600℃)氧气渗透。该研究表明等离子体可以激活表面交换反应。应用15W空气等离子体可以有效地将渗透过程的表观活化能从136.6降低到43.1kJ mol^-1。氧通量在600℃时增加近30倍，等离子体功率为15 W。新开发的等离子膜微反应器设计可在较低的工作温度下进一步提高性能，并与固体氧化物燃料电池、催化膜反应器和透氧膜。

参考文献：Zheng, Q.;  Xie, Y.;  Tan, J.;  Xu, Z.;  Luo, P.;  Wang, T.;  Liu, Z.;  Liu, F.;  Zhang, K.;  Fang, Z.;  Zhang, G.; Jin, W., Coupling of dielectric barrier discharge plasma with oxygen permeable membrane for high efficient low-temperature permeation. Journal of Membrane Science 2021.

3. 韩国明知大学Jong-Sung Park（Journal of Power Source）：氧还原和水合对碳氢燃料质子陶瓷燃料电池性能的影响

在质子陶瓷燃料电池(PCFC)中，质子通过质子导电氧化物的电解质从阳极传送到阴极，而在传统的固体氧化物燃料电池中，氧离子通过氧导电氧化物的电解质从阴极传送到阳极，质子在低温下比氧离子更容易运输。据报道，除了在低温下具有更高的离子电导率外，PCFC在碳氢燃料方面优于氧离子传导燃料电池，因为它们具有更高的抗碳结焦能力。质子在PCFC的阴极与氧反应形成H₂O，这涉及几个基本反应，如质子扩散、氧分子解离和氧还原形成氧离子或羟基离子。因此，可以传输质子、氧离子和电子的三重导电氧化物 (TCO) 是很有前景的正极材料。

韩国明知大学Jong-Sung Park研究了三种不同的材料，即BLFZ、BSCF和(La_0.8Sr_0.2)CoO₃(LSC) 作为正极材料。研究氧还原反应(ORR) 和水合对质子陶瓷燃料电池的燃料电池性能的影响. BLFZ在这三种材料中表现出最高的水合度，在氢燃料中表现出最好的电极性能，尽管与BSCF和LSC相比，BLFZ的ORR活性较差。当在BLFZ复合阴极中加入LSC以提高ORR活性时，H₂燃料中的电极性能略有改善，但CH₄燃料中的电极性能显着提高，从而在600 °C时导致功率密度从0.48提高到0.72W/cm²。通过分析弛豫时间分布，ORR和阴极水合反应对H₂和CH₄性能的贡献燃料单独研究。结果表明，通过将ORR催化剂渗透到具有高水合度的正极材料中，可以同时优化 ORR 活性和水合反应。

参考文献：Kim, S. K.;  Hwang, S. H.;  Nam, J.-T.; Park, J.-S., Effects of oxygen reduction and hydration on performance of protonic ceramic fuel cells in hydrocarbon fuels. Journal of Power Sources 2021, 513.

4. 聊城大学郝继功（Chemical Engineering Journal）：通过化学改性和缺陷化学的协同作用在SrTiO₃基陶瓷中实现高储能性能和超快放电速度

近几十年来，全球能源消耗迅速增加，因此寻找和开发性能优良的环保储能装置成为当前的研究热点之一。近年来，介电陶瓷电容器因其在医疗设备、电子设备、高/脉冲电力电子系统等方面的巨大应用前景而受到广泛关注。它们表现出高储能效率、长存储寿命和快速充电/放电速度。然而，与其他电化学储能系统相比，如超级电容器和电池相比，介电陶瓷电容器具有较低的能量密度和较小的总能量存储量。因此，目前广泛的研究工作投入到提高基于这些能量存储设备的电子设备的集成、紧凑和小型化的能量密度。SrTiO₃基陶瓷具有相对高的介电常数和高击穿强度（BDS）。但是该系统中的低极化强度通常会产生低能量存储密度。

聊城大学郝继功介绍了由(Sr1_{- x - y - φ} Na_yBi_x□_φ)TiO₃组成的SrTiO₃基陶瓷的高储能性能（缩写为z SNBT，其中 x=0.2+0.3z, y= 0.5z , φ = 0.1–0.1z, 和z= 0.8–0.1; □代表Sr空位是利用化学修饰和缺陷化学的协同效应实现的。随着z值的降低，zSNBT陶瓷的铁电宏观畴消失，这是由于原始的顺电SrTiO₃的影响，显著提高了BDS和储能性能。当z= 0.2时，材料表现出具有几乎无滞后的PE回路的单立方相结构。当最大BDS达到390kV/cm，可回收储能密度(Wrec)为3.94J/cm3，储能效率(η)为94.71%。同时，0.2SNBT陶瓷在20-160°C的温度范围内表现出良好的热稳定性和令人满意的循环稳定性。此外，0.3SNBT 陶瓷在20–180 °C的温度范围内表现出出色的热稳定性和超快的放电速度 ( t 0.9 ≤ 26 ns)。此外，建立了包含晶粒和晶界的模拟模型来解释增强的BDS和储能性能。具有许多晶界的细而均匀的晶粒显着阻碍了击穿裂纹的传播，从而产生了更高的BDS值。这些结果表明zSNBT陶瓷是用于脉冲电力电容器应用的有前途的环保材料。

参考文献：Liu, L.;  Chu, B.;  Li, P.;  Fu, P.;  Du, J.;  Hao, J.;  Li, W.; Zeng, H., Achieving high energy storage performance and ultrafast discharge speed in SrTiO₃-based ceramics via a synergistic effect of chemical modification and defect chemistry. Chemical Engineering Journal 2021.

5. 合肥工业大学左如忠（Chemical Engineering Journal）：NaNbO₃-CaTiO₃无铅弛豫反铁电陶瓷具有巨大的能量密度、高能效和功率密度

陶瓷基介电电容器由于其快速充电/放电速率、高功率密度和优异的热稳定性，在大功率电子系统中的应用越来越受到关注。由于电场诱导的可逆反铁电(AFE)-铁电(FE)相变，AFE 陶瓷表现出独特的双极化与电场( PE )磁滞回线，并具有大的极化差ΔP (= P_max– P_r, P_max：最大极化，P_r：残留极化），与线性电介质和弛豫FE陶瓷相比时，表现出了能量存储密度明显的优势。然而，来自AFE-FE相变的大极化滞后使得普通AFE陶瓷通常表现出相对较低的储能效率 ( η )。最近，在普通AFE中引入介电弛豫特性已被证明是提高储能性能的有效方法。

合肥工业大学左如忠研究了(1-x)NN-xCaTiO₃((1-x)NN-xCT)固溶体中松弛型AFE正交晶r相陶瓷的综合储能性能，其W_rec=6.6 J/cm³，能量效率η=80%，和超高功率密度PD = 350 MW/cm³ ×≥0.14。通过拉曼光谱、拉曼映射和透射电子显微镜的结果表明，与许多其他复杂钙钛矿相比，在神经网络中引入CT将适度增强局部结构的不均匀性，从而有利于随着CT含量的增加从AFE微畴逐渐转变为AFE纳米畴。这允许在相对高的电场下达到极化饱和。特别重要的是，NN和 CT 的高带隙、细化的晶粒尺寸和抑制的介电损耗使介电击穿强度明显增强。因此，不同因素之间的适当平衡，可以使AFE R相区域的整体储能性能得到明显改善。上述结果表明，局部结构工程在实现纳米网络无铅弛豫AFE陶瓷优异的储能性能方面起着至关重要的作用。

参考文献：Xie, A.;  Fu, J.;  Zuo, R.;  Zhou, C.;  Qiao, Z.;  Li, T.; Zhang, S., NaNbO₃-CaTiO₃ lead-free relaxor antiferroelectric ceramics featuring giant energy density, high energy efficiency and power density. Chemical Engineering Journal 2022, 429.

6. 北京理工大学何汝杰（Additive Manufacturing）：具有可编程热膨胀的 3D 结构陶瓷超材料的设计和增材制造

具有多种各向异性特性的超材料，包括负泊松比、负热膨胀、负模量、高强度和刚度和双负声学特性 , 在医学、军事和土木工程应用中具有强大的潜力。具有零或负热膨胀行为的超材料最近引起了相当大的关注。然而，这些超材料通常是基于聚合物或金属设计的，它们不能在非常高的温度下工作，特别是对于航空航天应用。因此，有必要开发具有可控热膨胀行为的超材料，可以在高温或大温度变化下工作。幸运的是，陶瓷超材料可以满足高温和大温变环境的要求。

北京理工大学何汝杰设计、制造和表征了具有可编程热膨胀的 3D架构陶瓷超材料，可用于高温或大温度范围环境。首先，基于ZrO₂和Al₂O₃提出并设计了三种具有可编程热膨胀行为的多陶瓷四棱锥结构超材料陶瓷。分析了热膨胀的设计机理和可编程范围。然后，通过立体光刻增材制造设计和制造具有负(-10×10^-6 / ℃)、零(0×10 ^-6 /℃) 和正(+10×10 ^-6 /℃)的3D结构陶瓷超材料的。使用数字图像相关 (DIC) 方法分析制造的具有可编程热膨胀行为的3D 架构多陶瓷超材料。结果表明，实验测量值与理论值吻合良好。所获得的研究结果为3D架构的多陶瓷超材料的应用铺平了道路。

参考文献：Zhang, K.;  Wang, K.;  Chen, J.;  Wei, K.;  Liang, B.; He, R., Design and additive manufacturing of 3D-architected ceramic metamaterials with programmable thermal expansion. Additive Manufacturing 2021.

7. 美国爱达荷国家实验室Dong Ding（ACS Catalysis）：在质子陶瓷电化学电池中，在550℃以下以电化学方式将乙烷高效转化为乙烯和氢气

在石化行业的关键组成部分中，乙烯的需求是无与伦比的，全球每年的产量超过1.43亿吨。生产乙烯的传统蒸汽裂解工艺是化工行业中最耗能的工艺，估计占生产成本的60%。由于操作温度和能源效率是天然气(NG)升级以及相关制造过程中最受考虑的因素，因此通过活化乙烷或石脑油生产的理想替代乙烯生产工艺应该能够在比传统工艺更低的温度下运行。可用作燃料电池(SOFC)的固体氧化物电化学电池(SOC)，电解槽（SOEC），和膜反应器(SO-EMR)是更有效的乙烯生产的有前途的替代品。质子陶瓷电化学电池 (PCEC)，即使用质子传导电解质的SOC，已用于电力到化学/燃料的转换。

美国爱达荷国家实验室Dong Ding报道了一种电化学工程乙烷直接转化制氢和乙烯的工艺，该工艺采用平面质子陶瓷膜反应器和双功能三维催化电极。采用Aspen Plus软件进行综合工艺模拟，与工业乙烷蒸汽裂解工艺相比，该方法可节约工艺能量投入45.1%，提高工艺能量效率50.6%。此外，固体氧化物电解槽模式下的蒸汽电解处理可再生系统的催化性能，显著降低催化降解74%，技术经济可行性高。突出了PtGa-ZSM-5催化剂的创新以及带有新型3D陶瓷纺织阳极的催化剂集成质子电化学电池系统，从而实现了高效的乙烯生产和系统的耐用性。

参考文献：Wu, W.;  Wang, L.-C.;  Hu, H.;  Bian, W.;  Gomez, J. Y.;  Orme, C. J.;  Ding, H.;  Dong, Y.;  He, T.;  Li, J.; Ding, D., Electrochemically Engineered, Highly Energy-Efficient Conversion of Ethane to Ethylene and Hydrogen below 550℃ in a Protonic Ceramic Electrochemical Cell. ACS Catalysis 2021, 12194-12202.

8. 南京航空航天大学王婧（Energy Storage Materials）：通过域工程在无铅弛豫反铁电陶瓷中实现超高能量存储密度

随着对可再生能源需求的增加以及对环境问题的日益关注，高性能、环保的储能材料在世界范围内激发了越来越多的研究兴趣。目前，储能材料主要包括介电电容器、超级电容器、电池、固体燃料电池等。特别是，介电电容器显示出超快充放电速率（~ns）和超高功率密度（高达10⁸W kg ^-1)，因此在混合动力电动汽车、电磁发射平台、电磁炮等大功率和/或脉冲电源系统中具有广阔的应用前景。如今，用于储能应用的介电电容器可分为陶瓷、聚合物、陶瓷/聚合物复合材料和薄膜。开发具有超高W_rec (> 10 J cm^-3 ) 的新型陶瓷电容器对于下一代高功率和/或脉冲功率器件至关重要。

南京航空航天大学王婧系统研究了NaNbO₃-BiFeO₃二元固溶体[表示为(1-x)NN-xBF]。通过在NaNbO₃基体中引入Bi³⁺和Fe³⁺，使其具有稳定的反铁电相和增强的弛豫体行为，从而构建了弛豫体反铁电陶瓷。特别重要的是，由于晶粒尺寸减小，介电常数适中，介电损耗低，晶界电阻率提高，0.90NN-0.10BF陶瓷获得了99.5 kV mm^-1的极大Eb。结果，在0.90NN-0.10BF陶瓷上获得了18.5 J cm ^-3的超高W_rec，以及极好的频率(1 Hz〜150 Hz)，循环(1⁰〜10⁶)和热稳定性(30〜110 C)的W_rec和η。此外，x = 0.10表现出优越的充放电性能，电流密度CD较大，max (2140.6 A cm^-2)，功率密度P_D，max (428.1 MW cm^-3)，放电速率超快(14 ns)。所有这些结果表明，NaNbO₃-BiFeO₃陶瓷是下一代大功率和/或脉冲功率器件中无铅储能电容器的有前途的选择。

参考文献：Jiang, J.;  Meng, X.;  Li, L.;  Guo, S.;  Huang, M.;  Zhang, J.;  Wang, J.;  Hao, X.;  Zhu, H.; Zhang, S.-T., Ultrahigh energy storage density in lead-free relaxor antiferroelectric ceramics via domain engineering. Energy Storage Materials 2021.

9. 法国里昂大学Stephane Parol（Small）：通过双光子光刻技术对光学 ZrO₂纳米结构进行3D 打印和热解：减少纳米粒子种子介导的收缩和结晶

用于制造和生产微米尺寸物体的一套技术，通常被称为微加工，是许多行业的关键，例如微电子、电信、国防、微流体以及生物应用。制作此类物体的技术多种多样，但传统上基于涉及使用模具或掩模的线性图案化。电子束光刻(EBL)主要用于原型制作或制作用于复制的模具。现在需要在亚微米尺度上直接3D制造具有复杂形状的样品的创新工艺。

法国里昂大学Stephane Parol研究了第一种光树脂，基于丙烯酸酯，包括锆并与双光子光刻兼容。除了单体和光引发剂之外，还使用了具有直接连接到丙烯酸酯官能团的Zr原子的商业前体。在第一种基于丙烯酸酯的锆光树脂中加入超小氧化锆纳米粒子(NPs)提出了第二种光树脂。纳米颗粒的小尺寸和表面状态的控制导致稳定且无光散射的树脂，其可以用双光子光刻进一步图案化。描述了它们的配方的优化，以及它们在双光子光聚合后的特性，即结构分辨率、机械响应和光学特性。通过比较双光子光刻获得的3D微观结构和两种树脂的脱脂，证明了NP基树脂在控制热解过程中的重要性。通过基于具有0.1 µm线宽的高衍射微网格的微透镜阵列的制造和表征，展示了一个具有亚波长结构的光学应用示例。

参考文献：Desponds, A.;  Banyasz, A.;  Chateau, D.;  Tellal, A.;  Venier, A.;  Meille, S.;  Montagnac, G.;  Chevalier, J.;  Andraud, C.;  Baldeck, P. L.; Parola, S., 3D Printing and Pyrolysis of Optical ZrO₂ Nanostructures by Two-Photon Lithography: Reduced Shrinkage and Crystallization Mediated by Nanoparticles Seeds. Small 2021, e2102486.

10. 天津工业大学邓南平（Energy Storage Materials）：基于核壳结构纳米纤维-陶瓷纳米线的高锂迁移数复合电解质用于高性能全固态锂金属电池

目前，清洁能源成为全球化石能源的重中之重。大多数研究人员将研究目标定为如何建立清洁高效的能源系统。在众多清洁能源中，锂离子电池由于其电压高、能量密度高、循环寿命长和电化学窗口宽等优点，已成为广泛使用的储能装置。然而，传统锂电池由于使用液态电解液，不可避免地存在严重的安全隐患。相比之下，全固态锂电池由于具有显着的安全性和高能量密度优势，已成为未来发展锂电池最有前途的方法之一。

天津工业大学邓南平在这项工作中，具有核壳结构的新型聚偏二氟乙烯（PVDF）-聚（环氧乙烷）（PEO）复合锂离子导体纳米纤维膜和具有氧空位的低成本掺钆CeO₂（GDC）陶瓷纳米线是同时引入聚合物电解质得到复合电解质。复合纳米纤维中的芯层PVDF和壳层PEO可以增强机械强度，并分别为锂离子提供三维有序传输通道。此外，GDC纳米线可以进一步为锂离子提供长距离有序的传输通道。优化后的复合电解质在30℃下具有2.3×10 -4 S cm^-1的高离子电导率、0.64的快速 Li⁺迁移数和高达10.8 MPa的高机械强度。此外，该复合电解质与锂金属负极、LiFePO₄正极和高压LiNi_0.8Mn_0.1显示出优异的相容性Co_0.1O₂ (NMC) 阴极。组装的锂对称电池可以在0.1、0.2和0.4 mAh cm^-2不同容量的大电流密度下稳定循环，并且Li/NMC电池在0.5 C下循环250次库仑效率始终保持在99.2%左右。这项工作表明，该新型电解质在下一代全固态锂金属电池中具有良好的应用前景。

参考文献：Gao, L.;  Luo, S.;  Li, J.;  Cheng, B.;  Kang, W.; Deng, N., Core-shell structure nanofibers-ceramic nanowires based composite electrolytes with high Li transference number for high-performance all-solid-state lithium metal batteries. Energy Storage Materials 2021, 43, 266-274.

11. 西安建筑科技大学刘嘉栋（Chemical Engineering Journal）：Cu-Mn-Ce氧化物在VOCs微波催化燃烧介孔陶瓷基催化剂中的协同作用机理

挥发性有机化合物（VOCs）是常见的空气污染物，包括甲苯、乙酸乙酯、丙酮等，已知对人体健康有害。接触高浓度的 VOC 可能会导致意识模糊和头晕等症状。乙酸乙酯作为最稳定的挥发性有机气体之一，与甲苯、丙酮一起被广泛应用于工业生产，并在印刷生产过程中用作溶剂。由于工业生产中不可避免地排放VOCs，会导致雾霾的形成，这已经引起了发展中国家的关注. 因此，有效去除VOCs是大气污染治理中最重要的目标之一。

西安建筑科技大学刘嘉栋采用浸渍法在陶瓷基体上制备了不同孔径分布的Cu-Mn-Ce介孔催化剂。研究了不同催化剂在微波催化燃烧下挥发性有机物（VOCs）（甲苯、乙酸乙酯、丙酮及其混合物）的降解过程，确定了Cu-Mn-Ce物质在催化过程中的协同作用机理。在微波功率300 W、气体流速200 ml min^-1条件下，甲苯（810.38 ±24.05 mg m^-3）、乙酸乙酯（759.55±12.84 mg m^-3）和丙酮的TVOC去除率(795.35±42.76 mg m^-3)分别为93.09%、85.41%和97.14%，去除效率几乎可以达到100%。10个循环（2100分钟）后，Cu-Mn-Ce介孔催化剂仍具有吸附和过滤效果，最佳催化剂表现出优异的稳定性，混合TVOC去除率为91.40%。Cu-Mn-Ce介孔陶瓷基催化剂催化性能高的原因包括：1)催化剂高度分散在介孔载体上，进一步促进了催化剂的分散。2）复合金属氧化物在协同过程中可以有效地相互反应。3）复合金属氧化物催化剂增加了Oβ并降低了Oγ相互配合后。4) 金属氧化物协同作用后氢还原温度明显降低。5）复合催化剂可以协同作用，有效地保持催化剂表面的不成对电子，并取代内部结构元素，从而形成各种缺陷。微量残留有机物对环境的危害较小。

参考文献：Feng, S.;  Liu, J.; Gao, B., Synergistic mechanism of Cu-Mn-Ce oxides in mesoporous ceramic base catalyst for VOCs microwave catalytic combustion. Chemical Engineering Journal 2022, 429.

12. 广西大学罗能能（Chemical Engineering Journal）：通过引入用于脉冲电容器应用的Sr₇Bi_0.2TiO₃显着提高Bi_0.47Na_0.47Ba_0.06TiO₃-CaHfO₃陶瓷的储能性能

如果储能技术的进步不随着时间的推移而进步，那么对能源的日益增长的需求可能会阻碍社会的进步。事实上，随着功率脉冲技术在工业、军事、民用等领域的应用日益广泛，以及电动汽车行业的快速发展，对介质电容器的需求不断增加. 因此，开发高性能、环保的储能电介质已成为当务之急。

广西大学罗能能设计并制备了一种新型无铅(1-x)(0.94Bi_0.47Na_0.47Ba_0.06TiO₃-0.06CaHfO₃)-xBi_0.2Sr_0.7TiO₃弛豫铁电体陶瓷。Bi_0.2Sr_0.7TiO₃的掺杂进一步细化了亚微米晶粒并有助于获得更宽的带隙。此外，由于大量随机分布的纳米级极性域，即使在高电场下，陶瓷也表现出几乎没有滞后的极化响应。x=0.4的陶瓷 表现出优异的综合储能性能，W _rec为6.19 J/cm³，η为93.5%。同样，另一个x=0.45的陶瓷还获得了相当大的储能特性，具有94.5%的超高η和W _rec为6.02 J/cm³。此外，x=0.4的陶瓷 还表现出显着的宽频率（1-200 Hz）和宽温度范围（20-140 °C）稳定性。在脉冲充电测试中，x=0.4陶瓷在340 kV/cm下表现出5.07 J/cm³的大放电能量密度和相当大的放电速率。这些都表明该工作为设计综合性能优异的应用型介电电容器提供了实用有效的思路。

参考文献：Luo, C.;  Wei, Y.;  Feng, Q.;  Wang, M.;  Luo, N.;  Yuan, C.;  Zhou, C.;  Fujita, T.; Xu, J., Significantly enhanced energy-storage properties of Bi_0.47Na_0.47Ba_0.06TiO₃-CaHfO₃ ceramics by introducing Sr_0.7Bi_0.2TiO₃ for pulse capacitor application. Chemical Engineering Journal 2022, 429.

13. 北京科技大学李建玲（ACS Applied Materials & Interfaces）：Li₄La₃Zr_1.6Ta_0.6O₁₂@La₂Sn₂O₇与正极转移印刷技术的界面改进及优异电化学性能的固态锂电池

锂离子电池是便携式设备和电动汽车的重要组成部分，在能量存储和转换方面发挥着非常重要的作用。与液态电解质锂离子系统相比，使用锂金属负极的固态电池有可能实现更好的性能（比能量> 500W h kg^–1和能量密度>1500 Wh L^–1）、安全性,可恢复性，并可能降低成本<$100 kW h ^–1）。固态电解质是固态电池最重要的组成部分，因此开发性能优异的固态电解质是实现固态电池的关键。全固态锂电池（ASSLB）因其优越的安全性和潜在的高能量密度而被视为下一代储能设备。在ASSLB中，复合固体电解质是最具竞争力的候选者。正极与复合电解质的界面、陶瓷与聚合物的界面是影响固态电池性能的重要因素。

北京科技大学李建玲在Li_6.4La₃Zr_1.6Ta_0.6O₁₂上合成了一种新型的原位LSO涂层(LLZTO) 表面作为PVDF基复合电解质的改性活性填料。新开发的改性陶瓷材料极大地促进了锂离子迁移能力。通过对超离子导体表面进行改性，降低了阳离子从超离子导体材料到聚合物的能垒，显着提高了复合电解质的离子电导率。复合电解质的转移次数大大增加。此外，将正极材料直接转移到复合固体电解质上以优化正极和电解质之间的界面。固态电池的倍率性能和循环性能也得到了提高。

参考文献：Liu, H.;  Li, J.;  Feng, W.; Kang, F., Interface Improvement of Li_6.4La₃Zr_1.6Ta_0.6O₁₂@La₂Sn₂O₇ and Cathode Transfer Printing Technology with Splendid Electrochemical Performance for Solid-State Lithium Batteries. ACS Appl Mater Interfaces 2021, 13 (33), 39414-39423.

14. 陕西科技大学杨海波（Chemical Engineering Journal）：Bi(Zn_2/3(Nb₈₅Ta_0.15) _1/3)O₃改性K_0.5Na_0.5NbO₃基陶瓷的储能性能

便携式电子产品的普及导致储能系统（包含电化学和介电电容器以及各种电池）朝着更高功率和储能密度的方向发展。与电池和电化学电容器类似，电介质电容器的优势（包括超高功率密度（~10 8 W/kg）、快速充电/放电时间（<1µs）和出色的温度稳定性）使其非常适合高级脉冲电源系统。然而，介质电容器的储能性能比电池差。尽管据报道铅基陶瓷具有最佳的储能性能，但由于环境问题的日益增加，无铅替代品更耐用。K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN) 陶瓷材料因其高介电常数、优异的压电性能、高居里温度和可持续性而被认为是无铅陶瓷的良好替代品。

陕西科技大学杨海波提出了一种诱导极性纳米区域和提高击穿强度（BDS）的组合优化策略，以提高KNN基陶瓷的储能性能。结果，对于Bi(Zn_2/3(Nb_0.85Ta_0.15) _1/3)O₃，获得了7.4 J·cm^-3的高可恢复储能密度 ( W rec ) 这主要是由于其BDS增强所致，此外，0.90KNN-0.10BZNT陶瓷在较宽的温度范围(20-180°C)获得了显著的温度稳定性。值得注意的是，一阶反转曲线（FORC）证实了 0.90KNN-0.10BZNT 陶瓷的优异储能性能，将其归因于其增强的弛豫行为。此外，0.90KNN-0.10BZNT材料表现出优异的脉冲充放电特性，即高功率密度（184.84 MW·cm^-3）和快速放电时间（46.3 ns）。研究结果证明了一种提高介电陶瓷储能性能的新策略。该策略可用于为各种应用设计其他或类似的材料。

参考文献：Zhang, M.;  Yang, H.;  Yu, Y.; Lin, Y., Energy storage performance of K_0.5Na_0.5NbO₃-based ceramics modified by Bi(Zn_2/3(Nb_0.85Ta_0.15) _1/3)O₃. Chemical Engineering Journal 2021, 425.

15. 南京工业大学邵宗平（Advanced Energy Materials）：纳米复合材料：为可逆质子陶瓷电池开发高活性和耐用的双功能空气电极的新机遇

工业化带来的全球人口快速增长和经济进步对全球气候造成了重大破坏。太阳能和风能等可再生能源预计将有助于实现可持续的全球电力供应，同时对抗环境污染。但是这些可再生能源是不可调度的，不能满足瞬时需求。因此，需要能量存储设备来缓冲电力生产。可逆质子陶瓷电池(RePCCs)可以通过在电网层面提供高效、可扩展和燃料灵活的能源生产和存储，促进全球向可再生能源的过渡。然而，RePCC 技术受到缺乏对氧还原/析出反应和水形成/水分解反应具有高活性的耐用空气电极材料的限制。

南京工业大学邵宗平合成了一种表面富含CeO₂和NiO纳米粒子的由四方和Ruddlesden Popper (RP)钙钛矿相组成的纳米复合电极。实验和计算表明，RP相促进水化和质子转移，而NiO和CeO₂纳米颗粒促进O₂的表面交换和O^2-从表面转移到主要钙钛矿。该复合材料还保证了快速(H⁺/O^2-/e^-)三导，从而促进了氧还原/析氧反应活性。在600℃下，在1.3V下，RePCC的峰值功率密度为531 mW cm^-2，电解电流为364 mA cm^-2，在550℃下，可实现120小时的可逆运行稳定性。

参考文献：Song, Y.;  Liu, J.;  Wang, Y.;  Guan, D.;  Seong, A.;  Liang, M.;  Robson, M. J.;  Xiong, X.;  Zhang, Z.;  Kim, G.;  Shao, Z.; Ciucci, F., Nanocomposites: A New Opportunity for Developing Highly Active and Durable Bifunctional Air Electrodes for Reversible Protonic Ceramic Cells. Advanced Energy Materials 2021, 11 (36).

16. 葡萄牙波尔图大学Vítor J.P. Vilar（Chemical Engineering Journal）：用连续石墨烯-TiO₂纳米复合薄膜涂覆的新型陶瓷管状膜，用于缓解 CECs。

城市污水处理厂(UWWTPs)是新出现污染物(CECs)(如药物活性化合物、农药、工业化学品等)、抗生素耐药细菌(ARB)和抗生素耐药基因(ARGs)释放到水室的主要热点。因此需要新的方法来减少进入环境的CECs&ARB&ARGs质量通量，提高水质量。

葡萄牙波尔图大学Vítor J.P. Vilar提出了一种陶瓷管状膜，该膜涂有连续的石墨烯-TiO₂纳米复合薄膜，用于在单程流通操作中从合成和真实基质中去除新出现的污染物 (CEC)。使用两种不同的方法用石墨烯 (G)-TiO₂-P25纳米复合材料原位涂覆微滤陶瓷膜：膜类型 A - TiO₂-P25在G制备阶段加入（1% [MA-1]，2% [MA-2]和3% [MA-3][w/v])，以及膜类型B-TiO₂-P25 薄膜均匀涂覆在G膜表面（涂层：3 [MB-1]、6 [MB-2]和9 [MB-3]）。在催化剂沉积之后和热解步骤之前，将空气通过膜孔（内外模式），以提供多孔膜。CECs 溶液（双氯芬酸-DCF、17β-雌二醇-E2、17α-炔雌醇-EE2 和阿莫西林-AMX）使用超纯水(UPW) 或二级处理 (UWW) 后的城市废水制备，每个 CEC浓度为 500 µg L^-1。膜通过以下技术表征：扫描电子显微镜 (SEM)、原子力显微镜 (AFM)、傅立叶变换红外光谱 (FTIR)、漫反射紫外-可见光谱 (DR UV-Vis) 和拉曼光谱。结果证明涂有MA-3 和MB-2 催化剂膜的膜在UVA光照射下表现出最高的CEC去除能力。此外，由于膜污染，在没有UVA光的情况下，相对通量降低率 (RFR) 降低了约45%。过滤和氧化(G-TiO₂ -UVA)的组合提供了更高质量的渗透物并最大限度地减少了膜污染。尽管B型膜允许更高质量的渗透，但A型膜提供了更高的渗透通量。

参考文献：Presumido, P. H.;  Santos, L. F. d.;  Neuparth, T.;  Santos, M. M.;  Feliciano, M.;  Primo, A.;  Garcia, H.;  B- Đolić, M.; Vilar, V. J. P., A Novel Ceramic Tubular Membrane Coated with a Continuous Graphene-TiO₂ Nanocomposite Thin-Film for CECs Mitigation. Chemical Engineering Journal 2021.

本文由春国供稿。

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