河北工业大学吴兴江/李浩&清华大学徐建鸿ACS Nano：微流控技术实现多功能微纳米材料的反应过程强化、结构设计及电化学储能应用

多功能微纳米材料因其独特的微纳尺度效应、显著的量子隧穿特性和可调的物理化学特性，成为电化学储能技术的关键材料之一，同时也被中国工程院列为面向2035的新材料强国战略研究之一。然而，传统的间歇釜式反应器受限于流体状态不可控和传质传热效率低等难题，导致其合成效率低、组分不均一和微纳结构不可控，造成其很难满足电化学储能领域的高附加值需求。微流控技术因其快速的传质传热、精确的流体操控以及易于并行放大等优势，成为多功能微纳米材料的重要合成技术。得益于受限的微尺度效应，限域微通道内的传质传热系数比传统釜式反应器高出几个数量级，使得反应前驱体能够瞬间达到反应所需的热力学平衡态。此外，通过精确地控制流体流型、停留时间和反应温度，微流控技术能够精确地操控多功能微纳米材料的成核生长。因此，微流控技术能够实现多功能微纳米材料的反应过程强化、微纳结构调控和高性能电化学储能应用，有望推动新能源和化学工程领域的技术变革和产业进步。

基于此，河北工业大学化工学院吴兴江副教授、李浩教授联合清华大学化学工程系徐建鸿教授发表综述性论文，总结了微流控技术在多功能微纳米材料的反应过程强化、微纳结构设计和高性能电化学储能应用的最新研究进展。主要核心内容包括：1）反应过程强化：论文介绍了不同构型微反应器强化反应前驱体传质传热和成核生长的内在机制，包括连续流微反应器、液滴微反应器和外场强化微反应器等。阐述了微流控实现不同微纳米材料反应过程强化的基本原理，包括量子点材料、金属纳米颗粒、导电聚合物、金属氧化物、聚阴离子复合物、MOF材料和二维材料等。2）多功能微纳米结构的设计，论文介绍了多功能微纳米结构的微流控调控规律，包括异质结构、垂直阵列结构、核壳结构、球型结构等，这些结构使得多功能微纳米材料具有可控的物理化学特性和可调的界面相互作用。阐明了微流控调控多功能微纳米结构与电子传导、离子储存和法拉第氧化还原反应的构效关系。3）电化学储能应用，论文强调了微流控合成及调控的多功能微纳米材料具有优异的电化学性能，被广泛的应用于不同电化学储能器件中，包括超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、液流电池和介电电容器等。4）总结和展望，论文总结和展望了微流控技术当前所面临的挑战和未来的发展趋势，包括微反应器的设计及集成、相关溶剂/表面活性剂/交联剂的筛选、微流控的基本理论和工业化应用等。

该综述于近日发表在国际重要刊物《ACS Nano》上。“MicrofluidicSynthesis of Multifunctional Micro/nanomaterials from Process Intensification,Structural Engineering to High Electrochemical Energy Storage. ACS Nano, 2024, DOI: 10.1021/acsnano.4c07599”。论文的第一作者为河北工业大学吴兴江副教授（清华大学博士后），通讯作者为河北工业大学李浩教授和清华大学徐建鸿教授。