导读：
多功能微/纳米材料因其独特的功能特性和高附加值的物理化学性质，在电化学能量存储领域受到广泛关注。微流控合成技术凭借其快速的物质/热传递和精确的流体可控性，已成为大规模生产多功能微/纳米材料的重要技术。近期，清华大学化学工程系徐建鸿教授团队联合河北工业大学李浩教授团队发表综述，从反应过程强化、多功能微纳米结构工程和电化学储能应用等方面概述了微流控合成多功能微纳米材料的最新进展和成就。相关研究成果以“Microfluidic Synthesis of Multifunctional Micro-/Nanomaterials from Process Intensification: Structural Engineering to High Electrochemical Energy Storage”为题目，发表在期刊《ACS Nano》上。
本文要点：
1、本文综述了微流控合成多功能微/纳米材料在反应过程强化、多功能微/纳米结构工程以及电化学能量存储应用方面的最新进展与成就。
2、讨论了量子点（QDs）、金属材料、导电聚合物、金属氧化物、聚阴离子化合物、金属有机框架（MOFs）和二维（2D）材料等各种微/纳米材料的反应过程强化机制。
3、特别介绍了所制备微/纳米材料的多功能结构工程原理，如垂直排列结构、异质结构、核壳结构和可调微球。
4、阐明了所制备的多功能微/纳米材料在超级电容器、锂离子电池、钠离子电池、全钒氧化还原液流电池和介质电容器中的电化学储能应用。最后，对当前存在的问题和未来预测进行了阐述。
一张图读懂全文：
与传统批量制备方法相比，微流控合成的主要优势包括：
1、快速合成：微流控技术能够显著缩短反应时间，实现微/纳米材料的快速合成。
2、精确控制：可以精确控制反应条件，如温度、压力和浓度，提高合成过程的可控性。
3、高产量和纯度：微流控通道中的流体混合和质量/热传递效率高，有助于提高产物的产量和纯度。
4、结构和形态调控：通过设计微通道结构和流体状态，可以精确调控材料的微观结构和形态。
5、连续生产：微流控技术支持连续流动合成，适合规模化生产。
6、节能高效：与传统方法相比，微流控合成通常能耗更低，效率更高。
7、安全性：微流控系统中的反应体积小，降低了危险反应的风险。
微流控技术通过精细设计微通道结构和精确操控流体状态，实现微/纳米材料的多功能结构设计，从而显著提升其电化学性能，具体体现在以下几个方面：
异质结构
通过在限域的微流控反应器中实现不同组分的均匀生长和强界面耦合，可构建0D/2D、1D/2D、2D/2D等异质结构。
这种异质结构可以实现电子传导、离子扩散通道和活性位点的协同优化，从而大幅提升电化学性能。
垂直取向结构
微流控技术可以通过精细调控流体应力状态，诱导材料单元沿垂直方向有序排列。
这种垂直取向结构可以提供定向离子扩散通道，并促进电子传导，从而显著改善电化学性能。
核壳结构
微流控技术可以精确控制流体状态和组分分布，实现导电核层和电活性壳层的有效耦合。
这种核壳结构可以兼顾高导电性和丰富的电化学活性位点，大幅提升电化学性能。
球形结构
微流控技术可以通过精细操控多相流体，连续制备具有高球形度和均一尺寸的微球结构。
这种球形结构可以提供有序的多级孔道，促进电解质离子的快速扩散和储存，从而改善电化学性能。
图1.（a）用于微/纳米材料反应过程强化的微反应器上各种流体状态的示意图。（b,c）微流控连续合成蓝光CDs和全光谱CDs。（d,e）微流控分钟级合成CsPbBr3 NCs@APTES钙钛矿和CsPbBr3 NCs钙钛矿。
图2.（a-b）连续生产单分散银纳米粒子。（c）高熵IrPdPtRhRu合金纳米粒子的连续流合成。
图3.（a,b）各种MOFs晶体的超快合成。（c,d）HKUST-1 MOFs微立方体的微流控合成。（e,f）Zr MOFs纳米片的简便连续合成。
图4.（a）聚吡咯纳米粒子的微流控合成。（b）聚苯胺纳米粒子的微流控制备。（c）Na3V2O2（PO4）2F纳米材料的微流控分段流动合成。（d）NaCrO2纳米粒子的连续流合成。
图5.（a）石墨的微流控氧化，反应时间为2小时。（b）石墨的微流控氧化，反应速度为2分钟。（c）2H-MoS2纳米片的连续流合成。（d）1T-MoS2纳米片的微流控合成。
图6.（a）ZIF-67/BP异质结构的微流控合成。（b）Ir/碳异质结构的连续流合成。（c）CDs/石墨烯异质结构的微流控合成。（d）ZIF-8/G/CNTs异质结构的微流控合成。
图7.（a）垂直排列的石墨烯/ZIF-67的微流控构建。（b）垂直排列的Ti3C2Tx/COFs的微流控合成。
图8.（a）核壳PEDOT/Na-Alg的微流控构建。（b）核壳石墨烯/聚苯胺的微流控制备。（c）核壳石墨烯/MoS2的微流控合成。（d）核壳石墨烯/多金属氧化物的微流控构建。
图9.（a）石墨烯微球的微流控制备。（b）有序大/微孔MOFs微球的微流控合成。
图10.（a）基于ZnS纳米簇/有序大/微孔碳纤维的超级电容器的微流控纺丝构建。（b）微流控法制备Fe3O4/GN微球作为锂离子电池负极材料。（c）微流控连续流合成钠离子电池正极材料氟磷酸钒钠（Na3V2O2（PO4）2F）。（d）微流控全钒氧化还原液流电池。（e）通过微机械加工技术构建的介质电容器。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c07599
