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可再生能源的转换和储存是我们实现从化石燃料经济向低碳社会转型的迫切挑战。我很难想象，如果没有材料科学和技术的进一步突破，这场革命会如何发生。事实上，当代材料史凸显了许多改变游戏规则的材料，这些材料对我们的生活产生了深远的影响，并有助于减少二氧化碳排放。高效光伏电池、蓝色发光二极管和锂离子电池阴极是基于知识的材料发展最具启发性的例子，它们经历了指数级的市场渗透，并获得了最高的科学奖项。这些成功案例与材料科学中的许多其他案例一样，都是建立在对纳米级相互关联的过程进行定制控制的基础上的，例如电荷激发、电荷传输和复合、离子扩散、插层以及物质和电荷的界面转移。纳米结构材料由于其超小的构造块和较高的界面体积比，为那些希望提高材料的能量转换效率或功率和能量密度的科学家提供了丰富的工具箱。纳米科学使材料定制工具的例子包括：（i）快速分离和收集光激发电荷，避免复合问题；（ii）由于表面积大而具有高催化活性；（iii）加速离子和原子沿纳米晶体界面的扩散，以及（iv）由于纳米结构表面的低反射率而增强的光收集。此外，纳米粒子（NPs）中还会出现新现象，例如表面等离子体共振，它极大地改变了金属和电磁场之间的相互作用，超顺磁性，将铁磁粒子变成集体顺磁体，以及激子约束，这会导致半导体量子点的尺寸相关颜色。本期特刊发表的 10 篇文章展示了纳米材料在能量存储和转换领域的不同应用，包括锂离子电池 (LIB) 电极及其他应用 [ 1 – 3 ]、光伏材料 [ 4 – 6 ]、热释电能量收集 [ 7 ] 和 (光) 催化过程 [ 8 – 10 ]。以下简要总结了这些科学贡献。目前正在研究用于替代 LIBs 中石墨的三种主要阳极材料：(i) 新型碳质材料，(ii) 转化型过渡金属化合物，以及 (iii) Si 和 Sn 基阳极。Dai 等人报道了通过脉冲激光沉积在纳米多孔氧化铝模板上制备的有序 SnO 2 纳米柱阵列的电化学性能，并用作 LIBs 的转化型阳极 [ 1 ]。有序的纳米柱结构为锂化/脱锂过程中的体积膨胀提供了充足的空间，提供了一种缓解影响转化型阳极的性能下降的策略。改进的结构完整性和稳定性使其在 1100/6500 次循环后仍能保持 524/313 mAh/g 的高比容量。在 Azib 等人的研究中，Si/Ni 3.4 Sn 4 复合阳极中 Si 纳米粒子的表面化学性质通过碳或氧化物涂层进行改性 [ 2 ]。在通过球磨制备复合材料的过程中，涂层大大降低了 Si 和 Ni 3.4 Sn 4 之间的反应。碳涂覆的 Si 粒子具有更好的锂化性能，可以提供超过
用于能量存储和转换的纳米结构材料
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