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  有機/無機雜化纖維 (OIHFs) 是一種柔性的一維材料，具有相對較高的縱橫比（>100，? < 100 μm）和離散的有機/無機物種。因其固有的高比表面積和柔韌性、各向異性、可調節的化學成分和可控的雜化結構，在各種電化學能源應用中引起了極大的關注。OIHFs不僅結合了有機和無機組分的固有優勢，還由于有機和無機成分之間的協同相互作用產生了一些新特性。有機纖維基體具有大比表面積、高柔韌性、低密度以及獨特的各向異性，被認為是摻入各種無機成分的理想基材。無機組分，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結合，從而賦予有機纖維基體優越的電化學性能。

  近日，東華大學楊建平教授團隊與朱美芳院士、伍倫貢大學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 的代表性結構和發展概圖

  文章全面概述了OIHFs的先進合成方法、可調的結構特征與電化學性能之間的關系。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。通過對整體、內部和界面結構的精確調控，詳細描述了OIHFs的可控合成。系統總結了OIHFs在可充電電池（鋰離子電池、鈉離子電池和鋰硫電池）、超級電容器（三明治狀超級電容器和纖維狀超級電容器）和電催化（氧還原反應、析氧反應和析氫反應）等能源領域的發展情況與最新研究進展。

圖2. OIHFs的定義、表征、可控結構和特性

圖3. OIHFs的可控結構和關鍵要素

  文章最后探討了OIHFs在電化學儲能和催化領域的一些發展思路：

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

  2）對于可充電電池的電極材料，活性材料和纖維基質之間的合理空隙空間對于適應電化學反應過程中的結構應力是必要的。通過合理協調空隙空間和體積能量密度可以實現高容量和長循環壽命。對于電催化反應，構建具有高比表面積的電極材料以充分暴露活性位點有利于提高電催化活性。

  3）對于電化學能源應用，仍需探索簡單且通用的合成方法。設計合成不含添加劑的獨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。

  論文第一作者為東華大學材料科學與工程學院博士生張方舟，通訊作者為伍倫貢大學Jun Chen教授、東華大學楊建平教授、朱美芳院士。上述工作得到了國家重點研發計劃、上海市科委、中央高校基本科研業務費專項資金等基金的資助。

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