先進的能量存儲和轉換系統(tǒng)迫切需要開發(fā)與之匹配的高性能電極材料。介孔材料由于其獨特的結構特征，在構建具有高功率密度，長壽命，高界面活性和增強的反應動力學的高性能電極上顯示出巨大的潛力。鑒于此，復旦大學趙東元院士、李偉教授綜述了介孔材料在電化學能量轉換和存儲器件中最新研究進展，系統(tǒng)闡述了介孔電極表現(xiàn)出的構效關系，并提出了介孔材料在這一領域的研究挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。
為了減輕環(huán)境污染和能源危機，急需發(fā)展高性能電化學存儲和轉換裝置。其中開發(fā)與之匹配的高性能電極材料至關重要，是電化學能量存儲和轉換器件的核心組件，在性能方面發(fā)揮決定性的作用。
介孔材料具有獨特的結構，包括高比表面積、大的孔體積、可調節(jié)的孔徑以及可控的形貌，在諸如吸附、催化以及能量存儲等過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的性質，例如，高的比表面積可增加反應活性位點，大的孔徑能提高反應物和產(chǎn)物的傳輸效率，以及納米孔墻壁呈現(xiàn)出小尺寸效應等。此外，介孔材料為諸多基礎電化學能量存儲和轉換領域提供了良好的研究模型，如微納尺度的傳質動力學、電荷轉移和存儲機理以及介孔納米受限空間下界面電化學反應等方面。
近日，復旦大學趙東元院士、李偉教授總結了介孔材料在電化學能量存儲和轉換領域的最新的研究進展，在Advanced Energy Materials上發(fā)表了題為“Mesoporous Materials forElectrochemical Energy Storage and Conversion”的綜述論文（DOI:10.1002/aenm.202002152），該文第一作者為祖連海博士和張威博士。
論文從介孔材料的合成、結構、性能及其在電化學存儲和轉換應用的內在構效關系方面進行了深入討論和綜述。重點介紹了介孔材料的結構特性及其在可充電電池、超級電容器、燃料電池和電解槽中發(fā)揮的關鍵作用，為高性能介孔電極的構造提供了獨特的見解和評論。最后，作者針對電化學能源存儲和轉換領域急需解決的重要問題，從介孔材料的合成策略、界面工程和結構工程角度提出了相應的解決方法和發(fā)展前景。
該篇綜述，為未來能量轉換與能量儲存領域中介孔材料可能發(fā)揮的作用進行了闡述，為今后人們在新能源領域了解和運用介孔材料提供思路。作者認為介孔電極在儲能和轉換器件的開發(fā)過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，但將持續(xù)發(fā)揮重要作用。
通訊作者簡介：
趙東元，中國科學院院士，復旦大學教授、校學術委員會主任、先進材料實驗室主任。2000年被聘為教育部“長江學者獎勵計劃”特聘教授；2006年入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選；2007年當選中國科學院院士；2010年當選第三世界科學院院士。主要從事介孔材料合成、結構和機理的物理化學及其催化研究，先后開創(chuàng)多種介孔材料合成新路線，發(fā)明一系列熱穩(wěn)定、大孔徑有序介孔氧化物材料、介孔高分子和碳材料，在介孔分子篩結構、外貌控制及多相組裝機理等方面形成獨特見解，為介孔材料的發(fā)展和應用做出了杰出的貢獻。在《Nature》《Science》等雜志發(fā)表SCI論文650余篇，論文引用次數(shù)近11萬次。曾獲國家自然科學二等獎、教育部自然科學一等獎、國際介觀結構材料協(xié)會成就獎、世界科學院科學獎等多項國內國際大獎。兼任國際介觀結構材料協(xié)會主席、ACS Central Science 執(zhí)行主編等職位。
李偉，復旦大學化學系教授，國家重點研發(fā)計劃首席科學家，2008年本科畢業(yè)于黑龍江大學，師從付宏剛教授，2014年博士畢業(yè)于復旦大學，師從趙東元院士，主要從事功能介孔材料的定向合成、功能設計、結構調控及其在能量轉化與儲存應用方面的研究。已發(fā)表 SCI論文120余篇，其中以第一或通訊作者在J. Am.Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊上發(fā)表論文60余篇，論文總他引12000余次，H因子52，25篇論文入選ESI高被引論文。曾獲得2016年上海市優(yōu)秀博士論文獎、2017年度教育部自然科學一等獎（第三完成人）、2019年ClarivateAnalytics “高被引科學家”，入選2016年上海市青年拔尖人才、2017年上海市青年科技啟明星、2017年上海市東方學者和2018年上海市千人、2019年教育部青年長江學者等。
