碳热冲击(CTS)技术基于焦耳热效应，可在毫秒内达到数千K的高温，同时具有极快的加热和淬火速率：
图1：自制的CTS方法制备材料实验装置的照片(a)和示意图(b)
图2：CTS技术的详细设置和温度测量方法
通过CTS技术可以在预处理的导电碳载体上合成分散良好的金属纳米粒子(NPs)：
图3：通过1秒(a)和5毫秒(b)热冲击处理在碳纳米纤维上形成的Pd纳米粒子的TEM图像
分析结果：热冲击时间长度显著影响Pd NPs的尺寸和分布。较短的热冲击时间导致形成尺寸更小、尺寸分布更窄的NPs。
图4：IrNi双金属合金NPs的(c,d)相应IFFT图案和(e,f)应变分布
分析结果：HRTEM图像显示DSIrNi NPs被薄碳层(~0.35nm)包裹，这可以阻止IrNi NPs的团聚并提高催化性能。XPS结果也证实了DSIrNi双金属合金NPs中Ir和Ni之间的强电子相互作用。
CTS方法处理的碳基纳米材料主要包括碳纳米纤维(CNFs)、碳纳米管(CNTs)和还原氧化石墨烯(rGO)：
图5：CNFs通过焦耳加热进行碳焊接的过程示意图(a)和焊接后CNF的SEM图像(b)
分析结果：与原始CNFs相比，低的I_D/I_G值和高峰锐度表明焊接的CNFs具有更高的结晶度和石墨化程度。得益于焊接CNFs的高石墨化度和共价键结构，整体纤维网络的总电导率达到近380 S cm⁻¹。
CTS技术还可用于制备多孔碳纳米材料，特别是从生物质制备石墨碳：
图6：通过HTS/管式炉制备活性多孔碳的形成机理图(e)和KOH聚集模式的变化(f)
分析结果：由于KOH瞬间熔化成微小液滴，促进了碳与KOH之间的相互作用，并促进了可控、致密和精细孔隙的形成。与传统管式炉加热模式相比，CTS技术无可比拟的特性使其在制备多孔碳方面具有省时、高效和节能的优点。
通过CTS技术制备的复合纳米材料包括碳化物、氧化物、磷化物、过渡金属硫化物/硼化物和高熵化合物：
图7：各种复合纳米材料的制备示意图和表征结果
分析结果：CTS技术能够制备各种复合纳米材料，如SiC/C复合纳米纤维、WO₃₋ₓ涂层、CoFePₓ@Fe核壳结构纳米催化剂等。这些材料在能源转换领域显示出优异性能。
CTS过程是获得高效电催化剂的可行且有效的策略：
图8：自支撑CoAGO水凝胶前驱体的制备示意图(a)和CoNG-JH与对比样品的LSV曲线(c)及Tafel斜率(d)
分析结果：CTS制备的电催化剂在HER过程中表现出优异的活性和稳定性，在10 mA cm⁻²下达到低过电位(106 mV)和小Tafel斜率(66 mV dec⁻¹)。
图9：(CrMnFeCoNi)S_x纳米颗粒的HAADF-STEM图像和EDS映射(a)以及四个样品的LSV曲线(b)
分析结果：(CrMnFeCoNi)S_x NPs表现出显著的OER活性，在100 mA cm⁻²下具有极低的过电位(295 mV)，并在1M KOH电解液中在100 mA cm⁻²下具有良好的循环稳定性超过10小时。
电化学CO₂RR是将CO₂转化为高附加值化学品的有效方法：
图10：PtFe-DCNT薄膜的制备过程(a)和四个样品催化剂薄膜的质量活性比较(b)
分析结果：PtFe-DCNT杂化薄膜电极具有低Pt含量(~1.7 wt%)，其ORR质量活性比商业20 wt% Pt/C催化剂高6倍以上，具有优异的循环稳定性(12小时后电流保持率90%)和甲醇耐受性。
图11：制备Ni SACs的焦耳加热过程示意图(j)和不同制备样品的CO法拉第效率(k)
分析结果：优化的Ni-N_x SACs在0.1 mol L⁻¹ KHCO₃电解液中在宽工作电压范围(-0.7至-1.9 V vs RHE)内表现出92%的优异CO选择性，并在-1.5 V下具有前所未有的稳定性(活性损失<5%)48小时。
CTS技术在可充电电池领域的应用包括集流体和电解质的改性：
图12：GO-CNT通过焦耳加热过程触发的制备(a)和通过CTS过程还原的rGO-CNT薄膜的电导率(b)
分析结果：rGO-CNT杂化薄膜表现出高电导率(2750 S cm⁻¹)，优异的柔韧性和可扩展性。组装的水性Al离子全电池表现出出色的电化学性能，具有值得称道的循环性能。
CTS技术为锂基储能器件的发展开辟了新纪元：
图13：rGO-SiNPs在热rGO纸上的快速制备(a)和rGO-SiNPs薄膜的前两次循环的恒电流放电/充电曲线(b)
分析结果：当作为LIBs的阳极时，rGO-Si NPs薄膜提供了高放电比电容(3367 mA h g⁻¹)，优异的体积容量(3543 mAh cm⁻³)，出色的面积容量(2.48 mA h cm⁻²)在0.13 mA cm⁻²下，以及优异的循环稳定性。
可充电Li-O₂电池具有超高的能量密度(~3500 Wh kg⁻¹)：
图14：Pt-Pd-Au-Ru纳米颗粒的元素映射(a)和CNF与CNF/Pt-Pd-Au-Ru电极的放电曲线(c)
分析结果：PtPdAuRu/CNF NPs电极提供了降低的过电位(0.45V)和高放电电容(9130 mAh g⁻¹)，约为原始CNF的三倍。优异的电化学性能归因于与PtPdAuRu NPs适当的O₂吸附能力相关的增强的催化活性。