铱纳米酶的作用机理及应用研究进展

摘要:近年来贵金属纳米材料因其优异的催化性能引起了研究者们的广泛关注。 相比于其它金属纳米材料,铱纳米材料具有一个显著优势, 即在相同的制备条件下容易得到尺寸相对较小且稳定性好的纳米颗粒和团簇。通常而言,尺寸越小, 纳米材料的催化活性越高。研究发现,除了传统的催化活性,铱纳米材料还表现出优异的类酶催化性质。然而,目前人们对于铱纳米酶的应用和催化机理研究还处于初期阶段,铱纳米酶催化相关的综述文献尚未见报道。为此我们结合相关文献报道以及本课题组近年来的研究工作,系统地探讨了铱纳米酶催化活性调控的因素和催化反应机制,并对它的应用进行了总结。最后,我们对铱纳米酶的发展和应用面临的挑战进行了展望。本文旨在加深人们对铱纳米酶作用机理的认识, 并希望对从事其它纳米酶的研究者有所启发。

压电催化技术在能源与环境领域中的研究进展

摘要:近年来,压电催化技术作为一种极具潜力的新兴催化技术,在降解有机污染物、裂解水产氢、生物抗菌等领域应用引起了人们广泛的关注。然而,压电催化技术在能源与环境等领域中的应用综述总结较少。因此,本文概述了压电催化技术的发展历程和压电催化机理,重点聚焦了压电催化技术在能源转化、环境治理以及生物医学等领域最新的研究进展。最后对压电催化技术应用进行了总结,并对其当前挑战、发展方向及未来前景进行了展望。

超分子凝胶润滑材料的研究进展

摘要:开发高性能润滑材料对于降低摩擦磨损带来的能量损失, 以及避免严重的机械故障和关节损伤均具有重要意义。超分子凝胶润滑材料可以实现对液体润滑剂的高效捕获, 因其良好的触变性能, 解决了传统润滑材料易爬移、泄漏及润滑效率低等问题。超分子凝胶润滑材料具有性能动态可调和可逆相转变等特点, 使其具有发展为智能润滑材料的天然优势。通过功能化设计可以赋予超分子凝胶润滑材料减摩、抗磨、抗腐蚀、自修复及高承载能力等特性, 在机械润滑和生物润滑领域均表现出潜在的应用前景。本文综述了基于不同液体润滑剂(润滑油、水及离子液体)的超分子凝胶润滑材料的发展现状, 并讨论了其在不同润滑领域的发展前景。

纳米酶: 新一代人工酶

摘要:纳米酶是中国科学家提出的新概念, 已经被纳入教科书和百科全书。汪尔康院士团队最先将纳米酶用于分析检测, 并在国际权威期刊发表长篇综述“纳米酶: 新一代人工酶”。该文不仅提升了纳米酶的国际影响力, 而且推动了纳米酶的应用研究, 使纳米酶新品种、新技术和新产品不断涌现, 形成了纳米酶新型交叉学科。在此基础上, 本文概述了纳米酶的定义、分类和催化机制, 介绍了其应用研究的最新进展, 并对其未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

石墨炔界面: 从微观到宏观电极优化策略

摘要:石墨炔是新兴的二维碳同素异形体,其独特的结构和性质已经为绿色能源、绿色化学、生物医药、智能电子等领域带来诸多原创的理念。在电化学能源领域, 石墨炔已经逐渐发展成为该领域中具有巨大发展潜力的关键材料之一,为解决电化学能源领域的诸多关键问题提供了新的思路。本文系统总结了利用石墨炔优异本征性质,解决目前电化学能源器件的瓶颈问题获得的研究进展,主要包括石墨炔抑制原子尺度的电极活性物质溶解穿梭与界面副反应、稳定纳米尺度的电极主体结构与次级结构、避免宏观尺寸的活性物质脱落和导电网络破坏等科学问题。结合研究进展进一步提出石墨炔作为电化学能源关键材料所面临的机遇和挑战。

聚离子液体功能材料的合成及应用

摘要:聚离子液体(poly(ionic liquid)s)由离子液体单体聚合生成,兼具离子液体小分子的物理化学性质(结构多样性、可调溶解性、化学/热稳定性、导电性等)及聚合物的机械性能及可加工性,在能源器件、智能响应材料、生物医用材料等领域具有广泛的应用前景。本文主要综述了聚离子液体的合成方法及其作为功能材料在能源器件、智能响应材料及抗菌材料领域的潜在应用。

石墨烯纳米筛: 基础和应用研究

摘要:石墨烯纳米筛材料是当前科技前沿中一种新型二维多孔材料,其平面多孔结构有利于电解质离子的纵向传输,缩短了离子传输路径, 有效避免了传统石墨烯材料普遍存在的问题,如π-π堆叠造成活性面积低、纵向传输性能差、离子传输路径长和电解液不易浸润等,在能量存储与转换领域中表现出比传统石墨烯基材料更为优异的性能。本文综述了近几年来各种结构可定制、结构/组分复杂性高、形态可控制、电化学性能增强的石墨烯纳米筛材料的合理设计和合成的研究进展,着重讨论了石墨烯纳米筛的结构设计对能源存储与转换方面的性能影响,期望为高性能能源存储与转换方面进一步的创新工作提供参考。

全球30大前沿新材料介绍及未来应用趋势解析

新材料是指新近发展或正在应用的具有优异性能的结构材料和有特殊性质的功能材料。目前,前沿新材料主要包括硼墨烯材料、过渡金属硫化物、4D打印材料、仿生塑料等,加快布局前沿新材料已成为我国的重大战略之一。

“双碳”背景下新能源固态电池材料理论设计与电池技术开发进展

摘要:由于可充电锂金属电池(LMBs)具有较高理论能量密度,在便携式电子设备、电动汽车和智能电网等方面有重要应用。以固态电解质和锂金属负极组装的固态电池(ASSBs)具有高安全性,被认为是可提高电池能量密度和有效解决安全问题的一种有前景的电池技术。然而,LMBs在实际实施过程中仍面临许多挑战,如库仑效率低、循环性能差和界面反应复杂等。深入分析ASSBs 的物理基础和化学科学问题对电池开发具有重要意义。为了证实和补充实验研究机理,理论计算为探索电池材料及其界面的热力学和动力学行为提供了一种强有力的支撑,为设计综合性能更好的电池奠定了理论基础。本工作论述了理论计算方法在电池关键材料计算中的应用和研究意义;综述了硫化物固态电解质中Li10GeP2S12 (LGPS)及银硫锗矿体系的理论和结构设计思路,包括锂离子的输运机理和扩散路径。分析了新型反钙钛矿Li3OCl 和双反钙钛矿Li6OSI2电解质体系的理论设计思路。综述了氧化物固态电解质体系在缺陷调控下锂离子的输运机理。此外,本工作针对新型卤化物电解质体系的理论设计也进行了介绍。介绍了计算材料学在电池材料性能研究中的作用:借助理论手段分析离子传输机制、相稳定性、电压平台、化学和电化学稳定性、界面缓冲层和电极/电解质界面等关键问题;理解原子尺度下的充放电机制,并为电极材料和电解质提供合理的设计策略。总结了固态电解质和ASSBs电极与电解质间界面的理论计算的最新进展。最后,对ASSBs理论计算的不足、挑战和机遇进行了展望。要点:(1) 论述了固态电池材料的理论设计方法,包括电池的容量、离子电导率、相稳定性及电压平台。(2) 综述了几种常用的硫化物固态电解质体系的理论设计方法。(3) 利用理论计算构建界面模型,详细分析了电解质与电极间的界面工程问题。(4) 介绍了目前先进的组装固态电池技术以及制备薄膜电池的工艺流程。

钠离子电池层状氧化物正极材料改性研究进展

摘要:由于储量丰富、价格低廉及安全环保等突出优点,钠离子电池(SIBs)被认为是大规模储能应用的主要候选技术之一,而正极材料的开发也决定了钠离子电池的商业化进程和最终性能。钠离子电池层状氧化物正极材料,具有比容量高、构造简单、稳定性好等优势,是最富有前景的钠电正极材料之一。但此类材料目前仍面临电化学过程的不可逆变化、空气中储存不稳定和界面稳定性较差等问题,严重制约着钠离子电池商品化进程的发展。为了解决材料所存在的这些问题,研究人员对其进行改性优化。据此,本工作综述了钠电正极材料层状氧化物离子掺杂、表面包覆、纳米结构设计、P/O 混合相等改性措施所取得的成效,为钠电正极材料层状氧化物改性研究提供了基础,并对层状氧化物的后续发展趋势进行了展望。要点:(1) 层状氧化物型正极材料具有理论容量高、解吸附钠能力优且易于大规模合成等特点,成为商用化钠离子电池极富吸引力的候选主材之一。(2) 针对当前层状氧化物型正极材料突出的多级相变及界面稳定性问题,从多角度综述了当前的改善优化进展。(3) 对未来层状氧化物型正极材料的持续优化方向进行了展望,并提出多种策略协同优化的发展前景。