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锂离子电池用纳米碳材料研究进展

锂离子电池用纳米碳材料研究进展

摘要：锂离子电池作为最有前景的储能器件之一,已经在便携式电子设备上广泛应用。然而使用传统电极材料,电池的能量密度和功率密度不够高、耐久性差、成本高,限制了其在电动汽车等方面的大规模应用。纳米碳材料的发展为设计适合锂离子电池的新型储能材料提供了机会。纳米碳材料作为一种新型碳材料具有许多独特的性能,包括独特的形貌结构、高比表面积、低扩散距离、高电导率和离子导电性能、可控的合成和掺杂等优点。因此,纳米碳材料在高可逆容量、高功率密度、长循环稳定性和高安全性锂离子电池中具有较大的应用前景。然而,纳米碳材料普遍存在首次库仑效率低、电压滞后等缺点,且纳米碳材料的电化学性能取决于碳材料的形貌和微观结构。解决这一问题最常用的方法主要有:(1)通过对纳米碳材料的形貌和微结构调控来改善其电化学性能;(2) 通过异质原子掺杂改善纳米碳材料的电化学性能;(3) 将纳米碳与其他储锂材料复合形成复合电极材料。本文主要综述了富勒烯、石墨烯、碳纳米管和多孔碳等四种具有代表性的纳米碳材料在锂离子电池中的最新研究进展,系统归纳了纳米结构和形貌对电化学性能的影响,讨论了纳米碳的合成、电化学储锂性能和电极反应机理。本文还对纳米碳材料未来在锂离子电池应用中需要解决的关键问题进行了总结与展望。
新能源 2024年05月28日
金属化合物在锂硫电池正极材料及夹层中的应用

金属化合物在锂硫电池正极材料及夹层中的应用

摘要：在能源危机的驱使下，电动汽车以及大型储能装置的快速发展需要高能量密度的锂二次电池来实现，锂硫电池硫电极因具有高理论比容量和能量密度而倍受关注。此外，单质硫具有储量丰富、成本低和无毒等优点，使得锂硫电池更具有商业竞争力，因此锂硫电池被认为是最有前途的二次电池之一。然而，锂硫电池依然存在电导率低、穿梭效应、体积膨胀和锂枝晶等问题，这限制其广泛应用。因此，研究者们从正极材料和夹层着手，除了对正极材料的导电性加以改善之外，主要从限制多硫化物的穿梭效应和缓冲正极体积膨胀进行研究。研究发现，相比碳基和聚合物基正极材料，金属化合物基正极材料可以更好地改善锂硫电池的倍率性能和循环稳定性。此外，金属化合物材料作为夹层时同样可以有效缓解这些问题，能够更好地抑制多硫化物的溶解和扩散，减少穿梭效应，提高锂硫电池的电化学性能。一些金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属磷化物等作为锂硫电池正极材料或夹层都取得了重大进展。对于部分极性金属化合物而言，其不仅能化学吸附充放电中间产物多硫化物，有效改善硫正极的循环稳定性，而且还能在氧化还原反应中表现出电催化活性，加快多硫化物的转化，提高硫正极的倍率性能。本文综述了近年来金属化合物基正极材料及夹层的研究进展并对其发展前景进行了展望，以期为制备优异性能的锂硫电池正极材料及夹层提供参考。
新能源 2024年05月28日
水系锌离子电池的最新研究进展

水系锌离子电池的最新研究进展

摘要：储能具有能量密度高、响应时间快、维护成本低、安装灵活方便等特点，是未来储能技术的热点发展方向。近年来，锌离子电池由于其成本低廉、比容量高等优点，具有良好的发展前景。水系锌离子电池正极主要有钒基化合物、锰基化合物和普鲁士蓝类似物; 负极主要为锌负极;电解液包括水凝胶电解液、离子液、盐包水电解液和具有添加物的电解液。然而，对正极材料而言，锰基化合物中的Mn2+溶解、钒基化合物放电电压过低、普鲁士蓝类似物比容量较低都影响了锌离子电池的性能。锌电极作为锌离子电池负极面临的挑战主要包括: ( 1) 锌枝晶生长; ( 2) 电解液持续消耗和自放电问题; ( 3) 不可逆副产物的产生。水系电解液在充放电过程中会发生水分解及蒸发，影响电池性能。研究者近年来致力于通过掺杂其他元素、表面涂覆与包覆等方式制备新型电极材料来改善水系锌离子电池正极，通过界面修饰、进行新型锌负极的三维结构设计以及新型电解液的设计研发来减少锌枝晶产生，同时向电解液中添加其他溶液可以拓宽电化学窗口，以得到高性能的水系锌离子电池。目前，向正极材料中掺杂钙、镁、钴等元素和表面包覆以聚吡咯为主的高分子导电聚合物制备的新型电极材料已被成功应用。金属离子合适比例的掺杂不仅可以提高材料容量，同时也形成了有利于Zn2+脱嵌的稳定结构。对锌负极修饰如二氧化钛( TiO2 ) 、金纳米颗粒、聚乙烯醇缩丁醛( PVB) 的表面镀层，或在电解液中添加合适的添加剂，能够提高锌负极的可逆性和稳定性，抑制锌枝晶的生长。上述方法可以直接或间接地提高水系锌离子电池的循环稳定性和库仑效率。本文首先介绍了锌离子电池概况，然后重点阐述了目前水系锌离子电池正极材料、负极材料、电解液和隔膜的研究进展，包括各方面存在的挑战及现有的解决策略，最后对水系锌离子电池电极材料、电解液和隔膜未来的发展进行了展望，为开发制备高性能水系锌离子电池提供了思路。
新能源 2024年05月28日
骨组织工程镁基支架的制备研究进展

骨组织工程镁基支架的制备研究进展

摘要：骨组织工程为受损骨、病变骨的治疗提供了重要的途径。如何获得易于骨修复、高强度且具有良好生物相容性的支架，是当前骨组织工程支架应用的技术难点和研究热点之一。支架材料的种类及制备方法是影响骨组织工程结构及性能的主要因素。镁基合金因在生物相容性、降解行为等方面具有突出表现而受到了普遍的关注，被认为是一种前景广阔的骨组织工程支架材料。常见的骨组织工程镁基支架制备方法有熔体发泡法、渗流铸造法、固／气共晶定向凝固法和增材制造法等，然而现有制备方法在孔隙结构精细控制及造孔残留物对镁基支架生物相容性的影响等方面仍需进一步研究。本文综述了骨组织工程镁基支架的制备方法，分析了影响镁基支架孔隙结构和性能的因素，总结了每种制备方法的优缺点，并对未来的研究方向进行了展望。
医疗 2024年05月28日
仿生人工心脏瓣膜材料的研究进展

仿生人工心脏瓣膜材料的研究进展

摘要：治疗瓣膜性心脏病的重要方式是进行人工心脏瓣膜置换。通过仿生设计构建的人工心脏瓣膜材料，有利于在结构和性能上模拟天然组织，有望改善现有人工心脏瓣膜材料生物力学不匹配、生物耐久性较低等缺陷。以聚合物为原料制备的瓣膜具有高度可调可控性，表现出重现原生瓣膜三层异质、各向异性特点的显著优势。本文从人体原生瓣膜的结构和性能特点出发，重点关注其结构各向异性和力学各向异性特征，分析了仿生人工心脏瓣膜材料的设计思路；重点介绍了水凝胶瓣膜、纤维基瓣膜和水凝胶／ 纤维基复合瓣膜等聚合物瓣膜中涉及仿生材料的研究进展，提出根据原生瓣膜纤维层、海绵层和心室层各层结构、组分和功能进行更精确的仿生设计是仿生人工心脏瓣膜材料未来重要的优化方向。
医疗 2024年05月28日
医用镁合金体内降解行为与表面改性研究进展

医用镁合金体内降解行为与表面改性研究进展

摘要：医用镁合金具有良好的生物相容性、优异的综合力学性能以及独特的可降解性，是人体非重要承力部位的理想植入材料，但是过快的降解限制了其临床应用。探索更加适合镁合金的植入部位并通过表面改性技术使其降解速率与组织修复过程达到同步是突破临床应用瓶颈的关键。近年来，国内外研究人员研究了体内不同植入环境中镁合金的腐蚀降解机理，利用适当的表面改性技术从涂层成分设计与组织优化角度对医用镁合金的降解行为进行了调控。本文分析了腐蚀介质种类、成分、浓度、流动状态等生理环境对医用镁合金降解行为的影响机制，总结了医用镁合金在骨科、心血管科、消化内科、泌尿外科等植入环境中降解行为的差异，综述了金属涂层、无机非金属涂层、有机高分子涂层、生物功能涂层、复合涂层调控医用镁合金降解行为的研究进展，展望了基于人体特定植入部位开发生物功能性涂层的研究思路，为促进镁合金植入器械的临床应用提供参考。
医疗 2024年05月28日
北大-清华生命科学联合中心开发报道靶向共价放射性药物

北大-清华生命科学联合中心开发报道靶向共价放射性药物

近日，北大-清华生命科学联合中心、北京大学化学与分子工程学院应用化学系刘志博团队于《自然》杂志在线发表了题为“Covalent Targeted Radioligands Potentiate Radionuclide Therapy”的研究论文，报道了一类核药物设计领域的颠覆性技术及优异的临床研究数据，有望改写相关疾病的临床诊疗指南。该工作基于现代共价药物分子工程发展了一类新型药物形式，即靶向共价放射性药物（Covalent Targeted Radioligand, CTR），并从分子、细胞、小鼠及患者层面验证了该平台技术的有效性，突破了成纤维细胞活化蛋白（FAP，为泛癌种靶点）靶向放射配体因肿瘤摄取、滞留不足导致疗效不佳的瓶颈（图1）。据了解，这是Nature杂志自1977年以来首次发表核素治疗相关的工作。
最新研发 2024年05月28日
磁性功能支架用于骨组织工程的研究进展

磁性功能支架用于骨组织工程的研究进展

摘要:支架引导再生在创伤、肿瘤、切除等引起的严重骨缺损的治疗和修复中起着至关重要的作用。目前发展的磁性功能支架已被证明自身或者结合外部磁场可以影响细胞代谢行为，通过磁性环境来促进骨组织再生。特别是其结合外部磁场的作用，可以有效远程控制药物释放和激活细胞表面通道，介导一系列成骨相关通路，诱导细胞分化，促进组织生长、骨缺损再生等反应。同样，磁性支架在热疗、磁共振成像、靶向递送等方面也有着广泛的应用潜能。磁性支架可提高骨组织工程效率，为骨缺损的修复提供了一定保障。本文综述了磁性支架的复合、制备技术、促进骨再生的机制，以及磁场和磁性支架的协同功能，并总结了几种磁性功能支架在骨组织修复工程领域中的研究及应用。
医疗 2024年05月28日
生物基可降解包装薄膜的研究进展

生物基可降解包装薄膜的研究进展

摘要：本文综述了以陆地动植物、海洋动植物为原料制备的各种生物质膜的来源、用途、优缺点以及缺点的改良方法，为包装（尤其是食品软包装）行业提供理论基础。植物来源以聚乳酸（PLA）薄膜材料和卡拉胶为主，动物来源以明胶为主，总结其原料来源、膜的用途以及影响薄膜性质的自身原因，从共混改性、复合改性、交联改性、表面涂覆处理和双螺旋挤出法等方面进行阐述。上述提到的生物基薄膜均可生物降解，其制备和降解都不会污染环境，但理化性能较差，必须对其进行改性，各种改性方法均有优劣。生物质薄膜材料的改性技术仍存在不足，有待开发和完善一种不牺牲材料的生物相容性、设备简单、低成本的改性技术。
医疗 2024年05月28日
生物质碳点荧光材料在生物医药领域中的应用

生物质碳点荧光材料在生物医药领域中的应用

摘要：荧光材料由于具有特殊的光学性质，在生物医学、生物成像和荧光传感等相关领域有广泛的应用。与传统的荧光剂相比，纳米荧光材料具有稳定性好、荧光强度高等优点。然而，传统的荧光纳米材料通常含有重金属，使其在生物医药领域中的应用受到限制。生物质荧光碳点作为一种新型的荧光碳纳米材料，因具有优异的生物相容性、化学惰性、荧光可调节性，在生物医药、生物传感、荧光成像等多个领域展现出应用潜力。但是，目前生物质碳点应用于生物医药领域的综述文献相对较少。因此，本文总结了不同天然产物制备碳点的绿色合成方法，对碳点的荧光机理进行了分析和归纳，重点阐述了碳点在生物传感、生物成像、药物载体、生物抗菌剂等生物医药领域的应用研究，讨论了存在的问题，并对碳点在该领域的发展方向进行了展望。
医疗 2024年05月28日
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