Multifunctional graphene oxide (GO)/chitosan (CS) aerogel microspheres (GCAMs) with honeycomb-cobweb and radially oriented microchannel structures are prepared by combining electrospraying with freeze-casting to optimize adsorption performances of heavy metal ions and soluble organic pollutants. The GCAMs exhibit superior adsorption capacities of heavy metal ions of Pb(II), Cu(II), and Cr(VI), cationic dyes of methylene blue (MB) and Rhodamine B, anionic dyes of methyl orange and Eosin Y, and phenol. It takes only 5 min to reach 82 and 89% of equilibrium adsorption capacities for Cr(VI) (292.8 mg g-1) and MB (584.6 mg g-1), respectively, much shorter than the adsorption equilibrium time (75 h) of a GO/CS monolith. More importantly, the GCAMs maintain excellent adsorption capacity for six cycles of adsorption-desorption. The broad-spectrum, rapid, and reusable adsorption performance makes the GCAMs promising for highly efficient water treatments.

Lithium (Li) metal has been considered as one of the most prospective anodes for Li-based batteries owing to its high theoretical gravimetric capacity (3860 mAh g-1) and low potential (-3.04 V vs standard hydrogen electrode (SHE)). Unfortunately, there commonly exist uncontrollable dendrites in lithium anodes during the repeated plating-stripping processes, causing short cycle life and even short circuiting of lithium batteries. Here, single zinc atoms immobilized on MXene (Ti3C2Clx) layers (Zn-MXene) were produced to efficiently induce Li nucleation and growth. At the initial plating stage, lithium tended to nucleate homogeneously on the surface of Zn-MXene layers due to the large presence of Zn atoms and then grow vertically along the nucleated sites owing to a strong lightning rod effect at the edges, affording bowl-like lithium without lithium dendrites. Thus, a low overpotential of 11.3 ± 0.1 mV, long cyclic life (1200 h), and deep stripping-plating levels up to 40 mAh cm-2 are obtained by using Zn-MXene films as lithium anodes.

Abstract High‐entropy materials (HEMs) have great potential for energy storage and conversion due to their diverse compositions, and unexpected physical and chemical features. However, high‐entropy atomic layers with fully exposed active sites are difficult to synthesize since their phases are easily segregated. Here, it is demonstrated that high‐entropy atomic layers of transition‐metal carbide (HE‐MXene) can be produced via the selective etching of novel high‐entropy MAX (also termed M n +1 AX n ( n = 1, 2, 3), where M represents an early transition‐metal element, A is an element mainly from groups 13–16, and X stands for C and/or N) phase (HE‐MAX) (Ti 1/5 V 1/5 Zr 1/5 Nb 1/5 Ta 1/5 ) 2 AlC, in which the five transition‐metal species are homogeneously dispersed into one MX slab due to their solid‐solution feature, giving rise to a stable transition‐metal carbide in the atomic layers owing to the high molar configurational entropy and correspondingly low Gibbs free energy. Additionally, the resultant high‐entropy MXene with distinct lattice distortions leads to high mechanical strain into the atomic layers. Moreover, the mechanical strain can efficiently guide the nucleation and uniform growth of dendrite‐free lithium on HE‐MXene, achieving a long cycling stability of up to 1200 h and good deep stripping–plating levels of up to 20 mAh cm −2 .

Abstract Although polymer electrolytes have shown great potential in solid‐state lithium metal batteries (LMBs), the polymer chain segments anchor the movement of lithium ions (Li + ), which induces the low ionic conductivity of the electrolytes and limits their application. Herein, a strategy of harnessing ion‐dipole interactions is proposed to liberate lithium ions from polymer chains. The adiponitrile (ADN) molecular dipole with strong bond dipole moment (C≡N, 11.8 × 10 −30 C m) is introduced into the polyvinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene (PVDF‐HFP) polymer matrix, achieving an electrolyte with high ionic conductivity of 5.1 × 10 −4 S cm −1 at 30 °C. It is demonstrated that the strong ion‐dipole interaction between C≡N and Li + weakens the ion‐dipole interaction of F···…Li + , facilitating Li + dissociation and liberating Li + from polymer chains. Moreover, a hybrid and unsaturated solvation structure is formed with the ADN molecular dipole, PVDF‐HFP polymer chain, and TFSI − anion, corresponding to the solvent‐separated ion pair (SSIP) solvation structure. Thus, the obtained electrolyte realizes high ionic conductivity and lithium‐ion transference number (0.74). Consequently, the assembled lithium symmetric cell delivers stable Li stripping/plating reversibility over 900 h. Additionally, the Li|LiFePO 4 full cells exhibit long‐term cycling stability at 0.5 C over 300 cycles with a capacity retention of 96.4% and ultralong cycling of 1000 cycles at a high rate (5 C).

In response to the critical challenges of interfacial impedance and volumetric changes in Li