电极

在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，是脑机接口中“接口”的核心所在。

在脑机接口等神经接口系统中，电极是连接电子设备和生物神经系统的核心界面传感器，是“接口”的核心所在。

这些模拟可以指导微结构流通电极等电极结构的设计，从而提升储能系统的功率效率。

通过UHPLC/MS分析转化产物，揭示了不同电极结构下的降解路径，为污染物去除的机制和效率提供了重要见解。

该研究首次提出了脑机接口“动态电极”的新范式，打破了植入式电极的“静态”传统，为脑机接口电极的研究与应用开辟了新方向。

(a–c)采用原位差分电化学质谱对充电过程中产生的主产物及副产物进行定量分析：分别为(a)碳纸电极(CP)、(b)无手性Co₃O₄纳米片/碳纸电极(rac-Co₃O₄NS/CP)和(c)手性R-Co₃O₄NS/CP电极，在0.08mA·cm⁻2电流密度下充电5小时的气体释放行为。

(g)以rac-Co₃O₄NS/CP和R-Co₃O₄NS/CP为正极的锂氧电池，在0.08mA·cm⁻2电流密度下、充放电固定时间10小时/循环(对应容量截止为0.4mAh·cm⁻2)的循环性能。

(g–i)原位光致发光(PL)光谱对DMA消耗动力学的实时监测：分别对应(g)CP、(h)rac-Co₃O₄NS/CP和(i)R-Co₃O₄NS/CP电极在0.08mA·cm⁻2电流密度下的恒电流充放电过程，揭示单线态氧与DMA之间的动态反应行为。

反应机理：(a,b)总态密度(pDOS)：(a)无手性Co₃O₄纳米片/碳纸电极(rac-Co₃O₄NS/CP)与(b)手性R-Co₃O₄NS/CP电极的电子结构分析。

综上所述，图4的理论分析从电子态密度、自由能变化和中间体吸附行为三个方面系统解释了R-Co₃O₄NS/CP电极的优势。

此前，刘志远团队基于柔软可拉伸导电材料的技术积累，率先实现了柔软可拉伸电极阵列的工程化量产，并通过了相关的二类医疗器械注检，应用于体表高密度肌电监测与刺激等场景，尝试取代传统的硬质不可拉伸电极阵列，已实现向包括欧洲客户在内的电生理公司供货。

KNVO-C₃N₄电极在2Ag⁻1电流密度下循环1,000次后仍表现出最高比容量348.5mAhg⁻1。

aKNVO-C₃N₄电极在0.2mVs⁻1下记录的前三条初始CV曲线。

aKNVO-C₃N₄电极在0.5Ag⁻1充放电第一循环中不同电压状态下的原位XRD图谱。

bKNVO-C₃N₄电极在0.5Ag⁻1充放电第一循环中不同电压状态下的原位拉曼光谱。

bKNVO-C₃N₄电极在1.0mVs⁻1下的CV曲线及其赝电容和扩散控制贡献。

bNVO与KNVO-C₃N₄电极在第五个循环后、扫描速率0.2mVs⁻1下的CV曲线。

cNVO、KNVO、NVO-C₃N₄和KNVO-C₃N₄电极在1.0mVs⁻1下赝电容贡献率。

f–iKNVO-C₃N₄电极在不同状态下的SEM、TEM和HRTEM图像。

f、gKNVO-C₃N₄电极在放电和充电过程中的Nyquist图。

hKNVO-C₃N₄电极在放电和充电过程中的Rct。

为探究KNVO-C₃N₄电极在电子器件中的潜在应用，组装了软包电池(如图6a所示)。

为探讨KNVO-C₃N₄电极在Zn2⁺嵌入/脱嵌过程中的价态变化，进行了原位XPS测量。

为评估KNVO-C₃N₄电极的适用性，进一步在极端温度条件下测试其电化学性能。

令人印象深刻的是，KNVO-C₃N₄电极在电化学性能方面也表现出显著优势，其性能优于大多数已报道的软包电池正极材料，如图6g所示。

值得注意的是，制备的KNVO-C₃N₄电极(图2e)在能量密度和功率密度上也显示出显著优势(452.6Whkg⁻1@466.6Wkg⁻1和210.0Whkg⁻1@14,200Wkg⁻1)，优于其他已报道的AZIBs正极。

即使在更高电流密度10Ag⁻1下(图2g)，KNVO-C₃N₄电极循环5,000次后的比容量仍为214.2mAhg⁻1，容量保持率为78.2%，高于NVO(33.6%)、KNVO(46.8%)和NVO-C₃N₄(63.7%)。

因此，KNVO-C₃N₄电极在室温及极端环境下表现出优异的电化学性能。

图2a显示了NVO与KNVO-C₃N₄电极在0.2–1.6V电压范围内、扫描速率为0.2mVs⁻1的CV曲线。

图5f–i显示了KNVO-C₃N₄电极在不同状态下的SEM、TEM和HRTEM图像。

在1.0mVs⁻1下，KNVO-C₃N₄电极的赝电容贡献率(图3b、c)为86.4%，高于NVO(70.1%)、KNVO(81.2%)和NVO-C₃N₄(76.6%)，表明其具有优异的电化学动力学。

基于以上结果，KNVO-C₃N₄电极的储能机制如图5j所示。

当电压升至1.6V时，Zn2p峰强度减弱，表明大部分Zn2⁺已从KNVO-C₃N₄电极中脱出，残留Zn2⁺可能来源于晶格中的Zn2⁺或吸附在电极表面的Zn2⁺。

此外，KNVO-C₃N₄电极(图2d)在倍率性能上表现出竞争力(20Ag⁻1下249.6mAhg⁻1)，与已有报道的基V正极相比具有优势。

此外，通过原位外差EIS研究了第一循环中电荷转移的变化，以探讨KNVO-C₃N₄电极的传输动力学演变(图3f–h)。

随后进行了原位拉曼光谱(图5b)，揭示了KNVO-C₃N₄电极在充放电过程中的V–O–V–O和V=O框架演变。

FeS₂QD/MXene电极主要由高度活化的异质界面诱导的赝电容过程所主导，从而表现出更优异的电荷传输特性。

FeS₂QD/MXene电极创新的非饱和配位结构设计，很可能诱导了局域电子离域化，从而强化了电荷转换能力并有效抑制了多硫化物和副产物的生成。

FeS₂QD/MXene电极在宽温度范围下的电化学性能测试。

FeS₂QD/MXene电极的SEI膜成分分析。

FeS₂QD/MXene电极的储能机制分析。

FeS₂QD/MXene电极的可逆转换反应过程分析。

FeS₂QD/MXene电极的后续CV曲线高度重叠，充分反映了其优异的循环性能和突出的循环稳定性。

为了进一步证明FeS₂QD/MXene电极的实际应用潜力，基于FeS₂QD/MXene负极和Na₃V₂(PO₄)₃正极组装钠离子电池。

为深入阐明FeS₂QD/MXene电极高度可逆转化反应的微观机制，进行了第一性原理计算。

二维差分电荷密度计算定量揭示了FeS₂QD/MXene电极界面处的局域电子富集现象，FeS₂QD与Na原子间的Bader电荷转移量高达0.95e，显著超过FeS₂体相材料的0.57e。

在1.2mVs⁻1的高扫速下，FeS₂QD/MXene电极的赝电容贡献高达77.0%，大幅超越Fe2⁺/MXene(1.2mVs⁻1时为68.9%)、FeS₂/MXene(1.0mVs⁻1时为51.9%)以及MXene(1.0mVs⁻1时为39.2%)负极。

截面扫描电镜(SEM)图像对比显示，FeS₂/MXene负极从集流体上脱落，其截面厚度膨胀率高达52.1%，而FeS₂QD/MXene电极的膨胀率仅为16.2%。

此外，FeS₂QD/MXene电极在宽工作温度范围下也展现出优异的长期循环性能。

通过对比前人报道的研究成果，本研究基于量子尺寸效应与三维MXene骨架协同作用构建的FeS₂QD/MXene电极在宽温域钠离子电池应用领域表现出了显著的综合性能优势。

采用非原位X射线光电子能谱(XPS)深入分析FeS₂QD/MXene电极在不同充放电阶段的元素化学状态。

(h)不同电压下p-Si@ATO电极的准原位XPS；

(i)p-Si@ATO电极在0.2Ag⁻1下的首次放电过程原位电化学拉曼光谱。

SEI的动态演化过程：不同循环圈数后的XPS分析表明,p-Si@ATO电极中的LiF相对含量随循环从90.6at%逐步增至93.1at%(图2.33)，表明SEI层通过动态重组趋于稳定，LiF持续生成并主导界面成分。

p-Si和p-Si@ATO电极在刻蚀初期即检测到明显的Si−信号，其中p-Si@ATO电极表现出更为突出的LiF₂⁻信号强度及明显较低强度的C₂H₂O⁻含量。

实际应用验证：高负载量的p-Si@ATO电极可达3.2mAhcm−2的面容量(图S17)。

由此可知，p-Si@ATO电极的外层SEI层厚度较商用硅电极更薄，其界面结构呈现"外疏内密"的梯度特征：外层为稀疏的有机薄层(C₂H₂O⁻信号强度更低)，内层则为富含LiF的无机致密层(LiF₂⁻信号强度更高)。

电化学测试表明，p-Si@ATO电极在0.2Ag⁻1下的ICE为84.7%，在5Ag⁻1下循环1000次后容量保持率为79.8%。

这些特性共同赋予了p-Si@ATO电极优异的电化学性能。

相比之下，壳聚糖/CNTs@Zn电极的表面保持了原始形态，没有锌枝晶形成的迹象。

它们在诊断心血管疾病、神经治疗、健康监测以及人机交互等多个领域中得到广泛应用。

此外，水凝胶电极还需具备出色的粘附性，能够牢固附着在皮肤上，即使在剧烈运动或长时间佩戴的情况下，也能保持稳定的信号传输。

水凝胶电极能够精准捕捉人体运动和生理信号，如心电图(ECG)、肌电图(EMG)和脑电图(EEG)。

然而，传统植入式电极植入后不仅无法动态调整植入位置，也无法对周边环境做出响应性调整。

然而，传统植入式电极植入后不仅无法动态调整植入位置，也无法对周边环境作出响应性调整。

对于传统柔性电极的“静态”特性以及其所导致的问题，刘志远在和徐天添探讨之后，两个课题组一拍即合，决定共同探索如何在柔性电极中引入微小磁性组件，并利用外部磁场实现电极植入后仍具备可调节、可运动的“动态”特性。

“尽管我们取得了一些应用突破，又提出了‘神经蠕虫’的新理念，但电极植入后仍面临免疫排异和长期稳定工作等挑战。

针对传统柔性电极的静态特性及其导致的问题，刘志远在和徐天添探讨后，决定两个课题组共同探索如何在柔性电极中引入微小磁性组件，并利用外部磁场使电极植入后仍具备可调节、可运动的动态特性。

同样，通过定制墨水和耗材配方及孔结构设计的支架，可促进离子的高效传输，实现电极性能的优化。

该技术能够实现对碳基电极微观和纳米尺度结构的精确调控，为可持续且高性能的废水处理应用提供了新的可能性。

本研究提出了一种新颖且可规模化的策略，通过结合拓扑优化、相转移辅助微模塑和MPECVD技术，实现了具有分级孔隙结构的3D打印碳电极的制备。