エネルギー貯蔵のためのMXeneの多段階エントロピー着想工学:Mサイトの無秩序から表面終端の複雑性まで

• Mo・V・Nb・Cr・W・Zr・Hf・Ta・Sc・Yベースを含む非Ti MXenesへのドーピングが、スーパーキャパシタ応用の新領域としてレビューされた
• M・X・Tサイトへのドーピング/置換および多元素エンジニアリングが、電子構造・電荷分布・層間間隔・表面化学を調整し、電気化学キネティクス・静電容量・レート能力・サイクル安定性に相関すると議論
• 計算およびデータ駆動型アプローチとベンチマーキングを統合し、構造-ドーピング-メカニズム-性能関係の設計原則確立を目指す方向性が示された

ポータブルウェアラブルエレクトロニクスの進展に伴い、フレキシブルスーパーキャパシタの開発機会が拡大している。近年、MXeneとその複合材料は、高い理論容量、比表面積、導電性、親水性、機械的柔軟性から、優れたスーパーキャパシタ電極材料として注目されている。本レビューは、MXeneの開発経緯と一般的な合成戦略を概説し、異なる調製方法が構造と特性に与える影響に焦点を当てる。フレキシブルスーパーキャパシタの実用的な要求に基づき、電荷蓄積、レート性能、サイクル寿命、機械的柔軟性に影響を与える主要因を分析する。MXene複合材料の性能向上に用いられる一般的な設計戦略をまとめる。さらに、MXeneベース電…

プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)の普及には、低コストで高活性なPt系陰極電極触媒の開発が不可欠である。従来のPtの固有構造最適化に加え、最近の設計戦略では、活性サイト組成、触媒-支持体相互作用、界面微小環境の連動制御が重視されている。本稿では、Pt系電極触媒の構造活性相関と触媒機構に関する包括的なレビューを行う。代表的な戦略として、ひずみ/配位子制御、規則格子金属間化合物、コアシェル構造、単原子触媒/合金、高エントロピー合金、軽元素ドーピング、支持体エンジニアリング、表面微小環境制御などを体系的に議論する。従来の形態学的特徴のカタログ化とは異なり、触媒効率を支配する物理化学的起源に深く踏…

• LIBへのナノ材料応用の最近の開発をアノード・カソード・電解質の3領域で評価したレビュー。
• アノード側はシリコン、炭素系ナノ材料、遷移金属酸化物、二元金属酸化物(BMO)、二元遷移金属酸化物(BTMO)を容量・反応速度論・構造安定性の観点で議論。
• カソード側はリン酸鉄リチウム(LFP)、ニッケル・マンガン・コバルト酸化物(NMC)、遷移金属硫化物、亜鉛・マンガン酸化物をリチウムイオン輸送・レート性能・容量維持率の観点で評価。

カーボンナノチューブ(CNTs)は、金属フタロシアニン(MPc)系電極触媒の多機能支持体として優れており、分子触媒固有の導電性や凝集性の低さといった限界を克服する。本レビューは、MPcとCNTsの界面設計における最近の進歩を体系的にまとめ、持続可能なエネルギー変換と環境浄化における性能最適化を図る。界面設計戦略は、(1)分散・修飾工学(非共有結合相互作用による物理的固定化や標的修飾)、(2)化学結合工学(強固な軸配位や共有結合グラフトによる安定した活性サイト形成と溶出防止)、(3)幾何・空間工学(CNTsの曲率、原子欠陥、内部空洞、一次元構造を利用したひずみ導入、対称性破れ、ナノ閉じ込め効果…