DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108257）本期投稿：ZMY本期编辑：ZBW版权所属，转载请注明。意深才浅，拙著多有不足;不妨留步，说说您的看法。

h后的电极表面；iii）去掉人工层后的金属表面以及iv）ZnA@Zn表面锌沉积示意图。锌沉积过程中f）纯锌，g）NaA@Zn负极和h）ZnA@Zn负极表面的离子分布示意图以及循环后的电极图片。图3.

锂离子电池几乎无处不在地存在于每一个电子设备，甚至电动汽车中。锂离子电池在商业上的成功应用依赖于石墨负极的出现，碳酸乙烯酯衍生的界面相也是支持锂离子电池在室温下数千次循环的重要组分。未来，基于石墨的锂离子电池不可避免的要在更严格环境下进行操作，如海底区域、航空航天或国防系统，这些环境温度低于零摄氏度是非常常见的。然而，一旦操作温度下降到零下摄氏度，特别是当达到-20℃时，由于(i)低电解液离子电导率，(ii)阻碍了界面上的Li+脱溶剂化，(iii)减缓了Li+通过SEI的运输，(iv)

自从发现MXene以来，人们对在大量应用中使用MXene的兴趣与日俱增。在这项工作中，由于MXene的高表面电荷和亲水性，我们将其作为超级电容器器件中的电极。作为2D材料，MXene具有许多特性，这些特性使其在储能装置中非常有吸引力：它们具有高电导率，允许电子快速传输，独特的层状结构为快速离子扩散提供了低能量屏障，可调节的层间间距可适应电化学循环过程中体积变化引起的应变，MXene表面官能团的丰富使其易于与其他材料形成牢固和充分的连接，以储存金属离子。迄今为止，许多理论和实验研究，如X射线衍射（XRD）图谱、密度泛函理论计算、分子动力学模拟和电化学石英晶体微天平（EQCM-D）监测，都深入了解了MXene中电化学离子插入的机理及其在储能装置中的性能。特别是，EQCM-D监测方法非常适合观察离子插入。即使阴离子未插入MXene电极，阴离子仍可能影响其性能，但其作用仍不明确。此外，尚未考虑离子插入过程的时间尺度。在此，本研究进行了EQCM-D监测，以确定各种水电解质系统中离子插入Ti3C2Tx

C的超高倍率下稳定工作超过10000次。BTFE共溶剂策略也适用于其他含氯电解质体系，如MACC和MgCl2基电解质，为未来镁电解质的设计提供了一条很有前途的途径。图

开发安全、高能量密度的锂金属电池(LMB)被认为是下一代充电电池的重点。然而，必须克服锂与液体电解质的必然反应以及随后锂枝晶的形成，而升级传统液体电解质是实现这一目标的关键策略。在这里，我们报道了一种纳米SiO2负载的凝胶聚合物电解质(SiO2-

锂离子电池的发展推动了从内燃机汽车向纯电动汽车的创新，进一步提高电动汽车的巡航距离的需求，反过来又要求正极材料具有更高的能量/功率密度的。虽然3d过渡金属(TM)基锂过渡金属氧化物(LixTMyO2,

SOC。b和c中的实线表示实际的电池容量损失，而虚线表示由a推导的拟合方程计算出的SEI造成的降解部分。因此，实线与相应虚线的偏差表示由于锂沉积而造成的容量损失部分。CR，容量保持率。图

近年来，可充电镁电池(RMBs)作为一种低成本、可靠的大规模储能技术备受关注。金属镁负极的氧化还原电位低，容量大，镁的高天然丰度(2.3%)也保证了低成本的应用；更重要的是，镁的枝晶形成倾向较低，从根本上保证了可充电镁电池的高安全性。2000年，在Chevrel相Mo6S8正极的基础上构建了首个可充电镁电池。在过去五年中，人们对可充电镁电池的研究兴趣也显著增加。但目前，高性能正极材料的开发缓慢，阻碍了RMBs的发展。这是源于阳离子Mg2+(0.86

使用硅(Si)作为锂离子电池(LIBs)的负极材料在电池界已经得到了明确的认可，它对提高电池的能量密度有着巨大的希望，这与提高驱动电动汽车(ev)的里程直接相关。迄今为止，已经介绍了各种方法来解决Si的体积膨胀引起的问题:以纳米线、纳米管、和多孔材料为代表的各种Si纳米结构，以及带有外来原子的Si合金，如铁(Fe)、锰(Mn)、和镍(Ni)被证明可以有效地缓冲Si的体积膨胀。碳材料如Gr、石墨烯、碳纳米纤维、和碳纳米管也被认为在长期循环中稳定电极，同时补充导电性方面发挥着关键作用。虽然就能量密度而言，仅使用Si作为活性材料是最理想的，但在不久的将来，将Si与Gr混合使用将是管理Si上述失效模式的更现实的选择。除了上面提到的各种方法外，在解决Si体积膨胀相关问题时，聚合物粘合剂也被确定为必须考虑的关键电极组件在这方面，最好能设计出比传统粘合剂性能更好的粘合剂，包括羧甲基纤维素(CMC)

锂离子电池商业化的关键步骤是引入石墨负极，并在深入分析电解液脱溶过程的基础上成功处理了界面稳定性。与锂离子电池结构相似，在钠离子电池中硬碳有望成为最有前途的负极材料，因为它具有成本低、合成简单、可持续性强等优点。然而，硬碳在钠离子电池中的电化学行为，如速率性能，循环寿命和初始库仑效率(ICE)，远低于锂离子电池中的石墨负极。研究者们主要致力于通过对材料改性来扩展容量和提高速率能力，如杂原子掺杂、增加比表面积、引入缺陷和孔口收紧。然而，大多数这些策略的代价是在低电压下失去平台容量和减少ICE。当硬碳的缺陷、气孔和比表面积减小时，ICE会增加，但不利于保持高的可逆容量。对硬碳负极特性的操纵通常无法获得电化学性能的全面改善。结合最先进的硬碳负极和优化的醚基电解质来调节界面性能，可以同时提高速率性能、寿命和ICE，然而其电化学行为仍不如锂离子电池中的石墨负极，不能满足钠离子电池的实际应用。此外，随着恒流电流密度的增加，平台容量(低于0.1

构建异质结的策略被认为可以有效提高2D材料的电容性能。异质结界面处的势垒可以有效促进电荷的快速转移，从而提高电导率。同时，异质结的形成可以有效避免2D材料的再堆积和聚集，并大大增加2D材料电化学活性面积。Ti3C2Tx作为一种典型的2D

在便携式技术需求和能源转型的推动下，具有高能量和功率密度、安全、长寿命、高库仑效率(CE)和低成本的可充电电池成为大规模电网储能系统、电动汽车(EVs)和便携式电子设备的关键驱动因素。作为下一代电池的“圣杯”，锂金属电池(LMBs)具有较高的理论比容量(3860

日益增长的交直流转换需求要求滤波电容器在宽频宽电压范围内工作，滤波电容器在确保电器和电子设备的质量和可靠性方面起着至关重要的作用，特别是存储设备和计算机。传统的滤波电容器如铝电解电容器(AECs)，满足平滑任意波的需求。但是其比电容较低，无法满足多样化的需求；另一方面，其体积庞大，阻碍了其在功能性和柔性电子电路的集成化和小型化方面的应用。因此，开发新型的小型滤波电容器对于满足当前数字电路和便携式电子产品的新需求至关重要。双电层电容器(EDLCs)可用于滤波电路中，将交流电转换为直流电，当施加电压时，在电解质-电极界面形成的双层电容器中储存电荷。但EDLCs是一种慢速器件，电极中复杂的微孔网络提供了较大的电化学电阻，因此它们不能在超过1

能量密度、功率密度、循环寿命和安全是储能设备最基本的特性。快速充电性能（即高功率密度）对于便携式设备和电动汽车中的电池电极材料至关重要。通过应用具有更高倍率性能的电极材料，可以提高这些储能装置的功率密度。倍率性能受电极的多个方面因素的影响，例如欧姆电阻、电极的尺寸和形状以及电极的电荷载流子扩散系数。循环伏安法

作为新兴的多孔框架材料之一，共价有机框架（COFs）是利用有机单元通过强共价键周期性组装，具有孔道可调、有序、永久和高的孔隙率，出色的热和化学稳定性以及易于功能化等特点。最近，实验和理论研究证实COF材料在膜基纳滤分离领域具有巨大的潜力。迄今为止，一系列有效策略如原位生长，界面聚合和层层组装，被成功用于合成纯COF膜。其中，通过共价有机框架纳米片（CONs）层层组装的制备COF膜是一种简单可控的方法。这种方法不仅可以通过灵活控制纳米片分散液的用量和浓度来调节膜厚度，而且避免了原位生长的苛刻合成条件和界面聚合时复杂的转移过程。需要指出的是，CONs的可靠合成是层层组装法大规模制备COF膜的前提。近年来，一些自下而上的高收率方法成功地合成了结晶性良好的CONs。例如，采用扩散和溶解基过程来控制CONs的生长，其产率约为70%，长径比高，这有助于其在层层组装中的应用。到目前为止，真空抽滤是通过逐层堆叠CONs制备COF膜使用最广泛和直接的方法。然而，此方法相对耗时，通常需要几个小时将纳米片组装成膜。在真空抽滤过程中，随着膜厚度的增加，膜组装的驱动力降低，阻力增大，真空度降低。因此，靠近基材的选择层致密，而随后的抽滤层变得越来越松散。换句话说，真空抽滤制备均匀的纳米片膜是一项相当具有挑战性的工作，因为在不同的位置和阶段，驱动力通常是不均匀的。实际上，膜结构的缺陷和不均匀对膜的应用都是致命的。因此，亟需开发利用均匀恒定驱动力进行组装的新技术，来快速可控地制备COF基纳米片膜。电泳沉积法是在不同基底上构建功能性薄层的有效手段，可在很短的时间内对胶体分散液内的带电颗粒进行可控组装。例如，利用含交流电源的单室电泳沉积装置，在乙腈溶液中，成功在电极上面的ITO玻璃上制备出COF膜，证实了电泳沉积法的可行性。但因其基底无孔，并未将其用于分子分离领域。此外，利用电泳沉积法制备分离膜的报道仅几篇，可能的原因有：一方面为了快速在基底表面组装成膜，构筑单元应具有足够的带电部分可在电场下被驱动，特别是在低电压电泳沉积过程中。另一方面，纳米片或其他交替分散液可以在传统单池电泳沉积系统内，在电极表面或近电极处直接沉积。在水溶液体系中，获得的膜因水的电解产生氧气或氢气气泡而受到损坏。此外，由水分解导致的电极附近酸性或碱性的微环境可能刻蚀纳米片和基底。因此，有必要对传统电泳沉积技术进行改进，从而避免以上问题。要点：本工作发展了两池电泳沉积法来构建无缺陷均匀的COF膜。首先合成了具有单分散电荷基团的离子型CONs，随后，离子型CONs在电场中部而不是在电极表面组装成膜。此装置有效消除了气泡和酸/碱性微环境对膜结构的影响。带负电的离子型CONs可在数十分钟内快速沉积到AAO基底上，形成连续均匀的COF膜。因其无缺陷均匀的膜结构以及小于100

二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）具有亲水性、显著的机械强度、湿加工性、电子传导性等特性，在环境修复和水处理领域，MXene膜得到了广泛的研究。与石墨烯等二维材料类似，MXene基膜具有亚纳米级层间通道，能实现水的传输和分子筛分。这种筛分机制主要受纳米通道尺寸排斥和客体-主体间静电相互作用的控制。此外，当层间距在一定的小尺寸范围内时，MXene基膜的分离性能对孔道的亲水性敏感。此时孔道的表面特性开始决定通过的水分子与孔壁之间的相互作用，这直接决定了受限环境中的水传输行为。MXene的亲水性能赋予MXene基膜与水分子的强亲和力，有助于膜吸收水分子并增加膜的润湿性。然而，实验和模拟指出，亲水性传输通道实际上不利于水渗透。因为水分子和孔道壁间的强烈相互作用增加了摩擦力，从而降低了流速。在这种情况下，具有亲水外表面但疏水传输纳米通道的膜被认为是快速净水的最佳膜。然而，由于在亚纳米受限环境中难以施工，迄今为止仍缺乏关于MXene基膜的孔壁亲水性的有效和简便转换的研究。聚离子液体（PIL）是离子聚合物的一个子类，其重复单元中具有离子液体（IL）物种。目前研究最多的PIL由阳离子聚合物主链及平衡阴离子组成。阴离子在控制PIL的亲水性和溶解度方面起到重要作用。具有相同阳离子骨架结构和不同阴离子的PIL可溶于不同溶剂，此外，阴离子物种可以通过阴离子交换反应改变，而同时阳离子骨架保持完整。文中指出，这些特性使PIL成为具有大亲水性/疏水性窗口的多面材料，有助于构建MXene基膜的纳米通道。本文中使用PIL作为定制的表面改性剂，赋予MXene膜亲水/疏水可变纳米通道。通道的表面性质通过原位进行阴离子交换反应加以确定。平衡阴离子的选择不仅可以赋予膜更多的疏水性纳米通道以更好地进行水传输，还能够保持纳米通道的理想参数以实现精确筛选。图

ZnO、ZnSe和ZnF2，由于具备强大的机械强度和对电解质的良好润湿性，已被用于构建电极保护层。然而，由于薄无机物质层固有的脆性，这些策略仅在低电流密度和低循环面积容量（≤1

纳米通道内水合离子的传输现象普遍存在于生物系统和膜分离应用中。阐明水合离子在限域传输中与膜孔之间的结构匹配机制，对于提高离子选择性，优化膜分离效率至关重要。然而，由于缺乏可靠的原位表征方法，人们对于水合离子在纳米通道传输中的结构转化机制知之甚少，这阻碍了离子限域传输和分离的原理认知和技术进步。中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士、胡承志研究员团队与耶鲁大学Menachem

疏水的内表面可以促进水在纳米通道中的快速渗透。聚四氟乙烯有一个密集的氟表面，导致很强的疏水性。该工作报道了内径为0.9~1.9纳米的一系列含氟低聚酰胺纳米环。这些纳米环在磷脂双层膜中进行超分子聚合，形成氟纳米通道，通道内壁密被氟原子覆盖。直径最小的纳米通道的水渗透通量比水通道蛋白和碳纳米管的水渗透通量大两个数量级。同时，该纳米通道具有极小的氯离子(Cl-)渗透率，这是由静电负氟内表面提供的强大静电屏障造成的。因此，这种纳米通道有望在脱盐过程中显示出近乎完美的盐截流。