ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEEditorialNEXTEnergy Storage in Nanomaterials – Capacitive, Pseudocapacitive, or Battery-like?Yury Gogotsi*Yury Gogotsi*E-mail: [email protected]More by Yury Gogotsihttp://orcid.org/0000-0001-9423-4032 and Reginald M. Penner*Reginald M. Penner*E-mail: [email protected]More by Reginald M. Pennerhttp://orcid.org/0000-0003-2831-3028Cite this: ACS Nano 2018, 12, 3, 2081–2083Publication Date (Web):March 27, 2018Publication History Published online27 March 2018Published inissue 27 March 2018https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b01914https://doi.org/10.1021/acsnano.8b01914editorialACS PublicationsCopyright © 2018 American Chemical Society. This publication is available under these Terms of Use. Request reuse permissions This publication is free to access through this site. Learn MoreArticle Views41783Altmetric-Citations1238LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail PDF (933 KB) Get e-AlertscloseSUBJECTS:Batteries,Capacitors,Electrodes,Materials,Pseudocapacitance Get e-Alerts

Hydrogen sensors and hydrogen-activated switches were fabricated from arrays of mesoscopic palladium wires. These palladium "mesowire" arrays were prepared by electrodeposition onto graphite surfaces and were transferred onto a cyanoacrylate film. Exposure to hydrogen gas caused a rapid (less than 75 milliseconds) reversible decrease in the resistance of the array that correlated with the hydrogen concentration over a range from 2 to 10%. The sensor response appears to involve the closing of nanoscopic gaps or "break junctions" in wires caused by the dilation of palladium grains undergoing hydrogen absorption. Wire arrays in which all wires possessed nanoscopic gaps reverted to open circuits in the absence of hydrogen gas.

Metallic molybdenum (Mo(o)) wires with diameters ranging from 15 nanometers to 1.0 micrometers and lengths of up to 500 micrometers (0.5 millimeters) were prepared in a two-step procedure. Molybdenum oxide wires were electrodeposited selectively at step edges and then reduced in hydrogen gas at 500 degrees C to yield Mo(o). The hemicylindrical wires prepared by this technique were self-uniform, and the wires prepared in a particular electrodeposition (in batches of 10(5) to 10(7)) were narrowly distributed in diameter. Wires were obtained size selectively because the mean wire diameter was directly proportional to the square root of the electrolysis time. The metal nanowires could be embedded in a polystyrene film and lifted off the graphite electrode surface. The conductivity and mechanical resiliency of individual embedded wires were similar to those of bulk molybdenum.

Although Li-ion batteries have emerged as the battery of choice for electric vehicles and large-scale smart grids, significant research efforts are devoted to identifying materials that offer higher energy density, longer cycle life, lower cost, and/or improved safety compared to those of conventional Li-ion batteries based on intercalation electrodes. By moving beyond intercalation chemistry, gravimetric capacities that are 2–5 times higher than that of conventional intercalation materials (e.g., LiCoO2 and graphite) can be achieved. The transition to higher-capacity electrode materials in commercial applications is complicated by several factors. This Review highlights the developments of electrode materials and characterization tools for rechargeable lithium-ion batteries, with a focus on the structural and electrochemical degradation mechanisms that plague these systems.

The electrodeposition of metal onto a low energy electrode surface like graphite or H-terminated silicon produces mesoscopic metal particles that are broadly distributed in diameter. Broad size distributions are observed even in cases where the nucleation of metal is temporally controlled. For this reason, electrodeposition has been infrequently used as a means for obtaining metal nanostuctures. The central problem is the diffusional "cross-talk" that exists between neighboring metal nanostructures on the electrode surface. Evidence for this diffusional interparticle coupling is encoded into particle size and position distributions obtained from experimental data and from Brownian Dynamics computer simulations of nanostructure growth. Diffusional cross-talk between nanostructures can be turned off using either of two growth strategies described in this paper. These methods permit the size-selective electrodeposition of metal nanoparticles and nanowires that are narrowly distributed in diameter.

Electrodes with electrochemical dimensions as small as 10 angstroms have been fabricated and used for electrochemical studies. These nanometer-scale electrodes have enabled the measurement of electron-transfer rate constants, k(het), that are two orders of magnitude faster than k(het) values accessible with any other electrochemical method.

The oxygen, O2, in air interferes with the detection of H2 by palladium (Pd)-based H2 sensors, including Pd nanowires (NWs), depressing the sensitivity and retarding the response/recovery speed in air—relative to N2 or Ar. Here, we describe the preparation of H2 sensors in which a nanofiltration layer consisting of a Zn metal–organic framework (MOF) is assembled onto Pd NWs. Polyhedron particles of Zn-based zeolite imidazole framework (ZIF-8) were synthesized on lithographically patterned Pd NWs, leading to the creation of ZIF-8/Pd NW bilayered H2 sensors. The ZIF-8 filter has many micropores (0.34 nm for gas diffusion) which allows for the predominant penetration of hydrogen molecules with a kinetic diameter of 0.289 nm, whereas relatively larger gas molecules including oxygen (0.345 nm) and nitrogen (0.364 nm) in air are effectively screened, resulting in superior hydrogen sensing properties. Very importantly, the Pd NWs filtered by ZIF-8 membrane (Pd NWs@ZIF-8) reduced the H2 response amplitude slightly (ΔR/R0 = 3.5% to 1% of H2 versus 5.9% for Pd NWs) and showed 20-fold faster recovery (7 s to 1% of H2) and response (10 s to 1% of H2) speed compared to that of pristine Pd NWs (164 s for response and 229 s for recovery to 1% of H2). These outstanding results, which are mainly attributed to the molecular sieving and acceleration effect of ZIF-8 covered on Pd NWs, rank highest in H2 sensing speed among room-temperature Pd-based H2 sensors.

Hydrogen (H2) is one of the next-generation energy sources because it is abundant in nature and has a high combustion efficiency that produces environmentally benign products (H2O). However, H2/air mixtures are explosive at H2 concentrations above 4%, thus any leakage of H2 must be rapidly and reliably detected at much lower concentrations to ensure safety. Among the various types of H2 sensors, chemiresistive sensors are one of the most promising sensing systems due to their simplicity and low cost. This review highlights the advances in H2 chemiresistors, including metal-, semiconducting metal oxide-, carbon-based materials, and other materials. The underlying sensing mechanisms for different types of materials are discussed, and the correlation of sensing performances with nanostructures, surface chemistry, and electronic properties is presented. In addition, the discussion of each material emphasizes key advances and strategies to develop superior H2 sensors. Furthermore, recent key advances in other types of H2 sensors are briefly discussed. Finally, the review concludes with a brief outlook, perspective, and future directions.