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  有機(jī)/無機(jī)雜化纖維 (OIHFs) 是一種柔性的一維材料，具有相對(duì)較高的縱橫比（>100，? < 100 μm）和離散的有機(jī)/無機(jī)物種。因其固有的高比表面積和柔韌性、各向異性、可調(diào)節(jié)的化學(xué)成分和可控的雜化結(jié)構(gòu)，在各種電化學(xué)能源應(yīng)用中引起了極大的關(guān)注。OIHFs不僅結(jié)合了有機(jī)和無機(jī)組分的固有優(yōu)勢，還由于有機(jī)和無機(jī)成分之間的協(xié)同相互作用產(chǎn)生了一些新特性。有機(jī)纖維基體具有大比表面積、高柔韌性、低密度以及獨(dú)特的各向異性，被認(rèn)為是摻入各種無機(jī)成分的理想基材。無機(jī)組分，如雜原子、金屬（或非金屬）納米粒子及其化合物可以通過不同的形式與纖維基質(zhì)結(jié)合，從而賦予有機(jī)纖維基體優(yōu)越的電化學(xué)性能。

  近日，東華大學(xué)楊建平教授團(tuán)隊(duì)與朱美芳院士、伍倫貢大學(xué)Jun Chen教授合作，在《Advanced Science》期刊撰寫了題目為“Organic/Inorganic Hybrid Fibers: Controllable Architectures for Electrochemical Energy Applications”的綜述論文。

圖1. OIHFs 的代表性結(jié)構(gòu)和發(fā)展概圖

  文章全面概述了OIHFs的先進(jìn)合成方法、可調(diào)的結(jié)構(gòu)特征與電化學(xué)性能之間的關(guān)系。首先定義了雜化纖維的基本概念，并討論了其組成、特性以及表征方法。通過對(duì)整體、內(nèi)部和界面結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，詳細(xì)描述了OIHFs的可控合成。系統(tǒng)總結(jié)了OIHFs在可充電電池（鋰離子電池、鈉離子電池和鋰硫電池）、超級(jí)電容器（三明治狀超級(jí)電容器和纖維狀超級(jí)電容器）和電催化（氧還原反應(yīng)、析氧反應(yīng)和析氫反應(yīng)）等能源領(lǐng)域的發(fā)展情況與最新研究進(jìn)展。

圖2. OIHFs的定義、表征、可控結(jié)構(gòu)和特性

圖3. OIHFs的可控結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵要素

  文章最后探討了OIHFs在電化學(xué)儲(chǔ)能和催化領(lǐng)域的一些發(fā)展思路：

  1）迄今為止，靜電紡絲仍然是合成 OIHFs 最常用的方法。然而，靜電紡絲在實(shí)現(xiàn)有機(jī)和無機(jī)組分的受控分布方面仍然存在局限性。未來的研究應(yīng)側(cè)重于在分子水平上精確控制有機(jī)/無機(jī)組分的比例和空間位置。此外，盡管已經(jīng)開發(fā)了許多界面改性方法來賦予 OIHFs 各種界面特性，但無機(jī)組分與纖維基質(zhì)之間的界面相互作用通常是弱范德華力或靜電相互作用。應(yīng)探索新的合成策略，通過強(qiáng)界面相互作用（如共價(jià)鍵）將無機(jī)組分和有機(jī)纖維結(jié)合起來。

  2）對(duì)于可充電電池的電極材料，活性材料和纖維基質(zhì)之間的合理空隙空間對(duì)于適應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)過程中的結(jié)構(gòu)應(yīng)力是必要的。通過合理協(xié)調(diào)空隙空間和體積能量密度可以實(shí)現(xiàn)高容量和長循環(huán)壽命。對(duì)于電催化反應(yīng)，構(gòu)建具有高比表面積的電極材料以充分暴露活性位點(diǎn)有利于提高電催化活性。

  3）對(duì)于電化學(xué)能源應(yīng)用，仍需探索簡單且通用的合成方法。設(shè)計(jì)合成不含添加劑的獨(dú)立電極以確保催化劑和載體之間的良好電接觸將成為未來研究的重點(diǎn)。

  論文第一作者為東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生張方舟，通訊作者為伍倫貢大學(xué)Jun Chen教授、東華大學(xué)楊建平教授、朱美芳院士。上述工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科委、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金等基金的資助。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102859