Topological quantum materials for energy conversion and storage

超级电容器 储能 能量转换 量子 纳米技术 材料科学 拓扑(电路) 工程物理 物理 电气工程 量子力学 功率(物理) 工程类 电极 电化学
作者
Huixia Luo,Peifeng Yu,Guowei Li,Kai Yan
出处
期刊:Nature Reviews Physics [Nature Portfolio]
卷期号:4 (9): 611-624 被引量:125
标识
DOI:10.1038/s42254-022-00477-9
摘要

Topological quantum materials (TQMs) have symmetry-protected band structures with useful electronic properties that have applications in information, sensing, energy and other technologies. In the past 10 years, applications of TQMs in the fields of energy conversion and storage, including water splitting, ethanol electro-oxidation, batteries, supercapacitors and relative energy-efficient devices, have attracted increasing attention. The quantum states in TQMs provide a stable electron bath with high electronic conductivity and carrier mobility, long lifetime and readily determined spin states, making TQMs an ideal platform for understanding surface reactions and looking for highly efficient materials for energy conversion and storage. In this Perspective, we present an overview of recent progress in topological quantum catalysis. We describe the open problems and the potential applications of TQMs in water splitting, batteries, supercapacitors and other prospects in energy conversion and storage. Topological quantum materials host protected, high-mobility surface states which can be used for energy conversion and storage. This Perspective discusses recent progress in using topological materials for water splitting, batteries and supercapacitors.
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