我校机械工程学院2022级博士留学生Fazal ul Nisa作为第一作者（研究方向：微纳制造与集成器件），机械工程学院何亮、华西医院殷鸿波和北京理工大学机电学院Muhammad Tahir作为通讯作者，以“Revolutionizing Micro-Scale Energy Storage by 0D Carbon Nanostructures: Synthesis, Integration, Performance Optimization Mechanisms and Sustainable Applications”为题，于2024年11月19日在《Advanced Functional Materials》上发表了重要综述论文。
微储能器件 (Micro-scale energy storage devices, MESDs)在微型超级电容器 (Micro-supercapacitors, MSCs)和微型电池 (Micro-batteries, MBs)的发展推动下取得了显著进展。本文着眼于碳基量子点MESDs的创新性研究工作进展，重点关注微电极和电解质的进展，以及碳基量子点 (Carbon quantum dots, CQDs)和石墨烯量子点 (Graphene quantum dots, GQDs)在微储能器件领域的具体应用和性能提升机制。本文还探讨了光刻、喷墨打印和3D打印等先进微纳制造工艺在碳基量子点MESDs构筑中的进展，以及在电化学性能、稳定性提升和规模化制造方面的潜力。
图1. 碳基量子点MESDs的结构、集成方式和微纳制造。
轻量化、高性能微储能器件和储能-生物传感微系统正得到快速发展，本文还详细介绍了基于CQDs和GQDs的可穿戴储能器件及生物传感器。通过将零维碳基量子点集成到MESDs中，可以实现能量密度和倍率性能的提升，同时，在这一类器件的规模化制造上也进行了重点阐述。
图2. MSCs和MBs的发展和微纳制造。
本文强调了CQDs和GQDs的固有优势，即小尺寸和独特的量子限域效应，使得这类碳基量子点表现出以下特性：(1)高电导率（促进快速高效的电荷传输）；(2)量子限域效应（提升电子迁移率和能量密度），以及 (3)表面功能性和边缘效应（通过功能化实现定制），从而提高其在各种微储能器件中的兼容性和稳定性。进一步地，讨论了具有各种创新结构的MESDs，包括优化的电极结构，如叠层和平面设计，合理的设计能够优化充放电过程中的循环稳定性。推动碳基量子点MESDs发展的策略包括开发多功能电解质、增强导电性的复合结构，以及调控量子点输运行为，进一步优化正极材料并探索碳基量子点中的量子效应，以拓展其在MESDs中的应用潜力。
论文信息：Revolutionizing Micro-Scale Energy Storage by 0D Carbon Nanostructures: Synthesis, Integration, Performance Optimization Mechanisms and Sustainable Applications, Advanced Functional Materials, 2024, 2418053.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202418053
第一作者：Fazal ul Nisa
通讯作者：Muhammad Tahir，殷鸿波，何亮
《Advanced Functional Materials》（影响因子：18.5，1区Top期刊），Fazal ul Nisa同学为该论文唯一第一作者，四川大学机械工程学院为第一完成单位。
--转载自公众号《四川大学机械工程学院》