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纤维素纳米片辅助的高导电厚电极的成膜工艺研究

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Science China Materials 2024年第2期67卷 672-679页

作者：杜治辰王汉伟符金洲翟春孙庆丰翟天佑李会巧 State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and Technology(HUST)Wuhan 430074China School of Engineering Zhejiang A&F UniversityHangzhou 311300China School of Materials Engineering Changshu Institute of TechnologyChangshu 215500China Shenzhen Research Institute of Huazhong University of Science and Technology Shenzhen 518063China

厚电极技术能在不改变电池内部物质/组分/系统配置的情况下,有效提高电池能量密度,因此备受业界关注.然而,缓慢的电荷转移动力学和较差的机械稳定性,阻碍了其实际应用.在此,我们提出了一种由纤维素纳米片辅助的湿法制膜工艺实现了高导... 详细信息

厚电极技术能在不改变电池内部物质/组分/系统配置的情况下,有效提高电池能量密度,因此备受业界关注.然而,缓慢的电荷转移动力学和较差的机械稳定性,阻碍了其实际应用.在此,我们提出了一种由纤维素纳米片辅助的湿法制膜工艺实现了高导电、高负载厚电极的制备.二维结构纤维素纳米片的高表面积、丰富的官能团和优异的机械性能等独特的性质可以促使电极中的导电剂均匀分布,从而在电极内部构建一个三维连续的快速导电网络,同时纤维素片的存在赋予电极良好的力学性能,厚度提升到300μm而不开裂.以此制得的LiCoO_(2)厚电极在50 mg cm-2的高质量负载下循环,可以实现比干电极高6倍的容量保持率.

关键词： lithium-ion batteries thick electrode nanosheet cellulose solution process

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理工并进交叉创新,建设一流材料学科

科学通报 2022年第11期67卷 1021-1022页

作者：翟天佑周华民华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

华中科技大学材料科学与工程学院创建于1952年,经过几代人的不懈努力,现已具备独特的学科优势和办学风格、良好的软硬件环境和浓郁的学术氛围,成为华中科技大学规模居前、实力雄厚的学院之一.材料学科先后入选教育部“211工程”和“985... 详细信息

华中科技大学材料科学与工程学院创建于1952年,经过几代人的不懈努力,现已具备独特的学科优势和办学风格、良好的软硬件环境和浓郁的学术氛围,成为华中科技大学规模居前、实力雄厚的学院之一.材料学科先后入选教育部“211工程”和“985工程”重点建设学科、“双一流”建设学科. 1981年材料学获批全国首批博士点, 1988年压力加工获批国家首批重点学科, 1998年获批一级学科博士学位授予权, 1999年设立博士后流动站, 2007年获评国家一级重点学科.

关键词：办学风格华中科技大学双一流 985工程材料学科 211工程压力加工重点学科

金属性Ni_(3)N纳米粒子的制备与乙二醇电氧化性能

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化学学报 2023年第11期81卷 1471-1477页

作者：杨镇鸿干晓娟王书哲段君元翟天佑刘友文华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室武汉430074

利用小分子电催化氧化反应耦合水解制氢不仅有助于降低阳极反应过电位,提高析氢反应(HER)效率,而且产生高附加值的化学品,是提升电催化水分解性能的有效策略.其关键是开发具有高导电性和低氧化电位的非贵金属电催化剂.以Ni(OH)_(2)纳米... 详细信息

利用小分子电催化氧化反应耦合水解制氢不仅有助于降低阳极反应过电位,提高析氢反应(HER)效率,而且产生高附加值的化学品,是提升电催化水分解性能的有效策略.其关键是开发具有高导电性和低氧化电位的非贵金属电催化剂.以Ni(OH)_(2)纳米片为前驱物,通过退火氮化工艺,制备了具有低氧化电位和高导电性的金属相Ni_(3)N纳米颗粒(Ni_(3)N-NPs).与Ni(OH)_(2)相比,Ni_(3)N-NPs具有较小的法拉第电阻,更低的氧化电位(1.36 V时达到10 mA·cm^(-2)),较小的Tafel斜率(29 mV·dec^(-1)),表现出更好的乙二醇(EG)电催化氧化性能.在1.36 V时,Ni_(3)N-NPs电催化氧化EG生成甲酸盐的法拉第效率高达91.16%.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对反应前后Ni_(3)N-NPs结构进行详细表征发现,在电催化EG氧化过程中,Ni_(3)N-NPs表面被氧化生成NiOOH,同时EG在催化剂表面发生脱H氧化生成甲酸,H同步还原Ni OOH并将其转化为Ni(OH)_(2).此外,Ni_(3)N-NPs对有机小分子电催化氧化具有良好的普适性.

关键词：电催化电解水乙二醇 Ni(OH)_(2) Ni_(3)N

金属有机框架集成二维层状材料用于高性能短波红外光探测

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Science China Materials 2022年第2期65卷 451-459页

作者：王发坤吴洁张悦杨思捷张娜李会巧翟天佑 State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

工作在短波红外区域的光电探测器因其在商业和军事领域的广泛应用而备受重视,窄带隙二维层状材料(2DLM)被认为是构筑下一代高性能红外光电探测器的潜在候选者.然而,这类材料在原子级厚度时光吸收较弱,致使其探测性能难以满足实际需求.... 详细信息

工作在短波红外区域的光电探测器因其在商业和军事领域的广泛应用而备受重视,窄带隙二维层状材料(2DLM)被认为是构筑下一代高性能红外光电探测器的潜在候选者.然而,这类材料在原子级厚度时光吸收较弱,致使其探测性能难以满足实际需求.在本文中,我们提出了一种通过集成具有优异光吸收特性的金属有机骨架(MOF)纳米粒子和高迁移率的2DLM来设计高性能短波红外光电探测器的策略,并通过构筑MOF/2DLM(Ni-CAT-1/Bi_(2)Se_(3))混合异质结光电探测器演示了该策略的可行性.由于光生载流子从MOF转移到Bi_(2)Se_(3),集成在Bi_(2)Se_(3)层上的MOF纳米颗粒使异质结的光电流增加了2-3个数量级.该混合异质结光电探测器在1500 nm光照下的响应度和探测度分别达4725 A W^(−1)和3.5×10^(13) Jones.如此优异性能主要源于增强的光吸收和光门控效应的协同作用.本文提出的集成MOF光敏材料和2DLM的策略为未来构建高性能短波红外光电探测器提供了思路.

关键词：光电探测器光探测响应度高迁移率原子级短波红外金属有机框架光敏材料

静电纺丝法制备纳米线阵列及其在电子与光电子领域中的应用（英文）

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中国科学：材料科学（英文版） 2016年第3期59卷 200-216页

作者：郑志甘霖翟天佑 State Key Laboratory of Material Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and Technology(HUST)Wuhan 430074China

一维纳米线的有序化排列问题,是决定其未来在高集成微纳电路中应用前景的关键因素.本综述对目前能够实现纳米线有序化排列的技术方法做了一个简要的归纳,重点阐述静电纺丝技术在纳米线制备和有序化排列方面的优势及相关技术和应用进展.... 详细信息

一维纳米线的有序化排列问题,是决定其未来在高集成微纳电路中应用前景的关键因素.本综述对目前能够实现纳米线有序化排列的技术方法做了一个简要的归纳,重点阐述静电纺丝技术在纳米线制备和有序化排列方面的优势及相关技术和应用进展.本文首先按技术特点将目前纳米线有序化排列技术大致分为"先生长后排列","先排列后生长"以及"边生长边排列(即静电纺丝技术)"三大类,并对各类方法的优缺点进行了简要评述.然后着重介绍静电纺丝技术及其相关技术进展,并进一步展示了当前基于静电纺丝技术制备的纳米线阵列在微纳电极、场效应晶体管、传感器以及光探测器等方向的应用.最后就静电纺丝技术的未来发展做了简要展望.综上,由于静电纺丝技术在一维材料制备及其有序化排列方面的简便性和低成本优势,其必将在基于一维材料的电子学/光电子学领域具有广阔的应用前景.

关键词： electrospinning aligned nanowire array electronics optoelectronics

钠离子高电压正极Na_(0.7)Ni_(0.35)Sn_(0.65)O_(2)材料在空气中的劣化及修复机理

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Science China Materials 2023年第1期66卷 88-96页

作者：张瑞旺梁嘉宁曾诚陈佳俊马颖翟天佑李会巧 State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

层状过渡金属氧化物因其高比容量、环境友好、易于规模化合成等优点,一直以来被认为是钠离子电池最有潜力的正极候选材料.作为一种新报道的层状材料,O3-Na_(0.7)Ni_(0.35)Sn_(0.65)O_(2)的平台电位高达3.7V,是目前层状正极材料中平均电... 详细信息

层状过渡金属氧化物因其高比容量、环境友好、易于规模化合成等优点,一直以来被认为是钠离子电池最有潜力的正极候选材料.作为一种新报道的层状材料,O3-Na_(0.7)Ni_(0.35)Sn_(0.65)O_(2)的平台电位高达3.7V,是目前层状正极材料中平均电压的最高值,但关于其空气稳定性的研究还未见报道.本文详细考察了层状Na_(0.7)Ni_(0.35)Sn_(0.65)O_(2)材料在空气中的劣化机制,发现该材料对空气非常敏感,在25℃,80%相对湿度的条件下仅过4小时就完全转化为水化相.进一步通过复烧法对其进行修复,发现因空气暴露而脱出的Na+是否可以重新嵌入到晶格中是结构和电化学性能恢复的关键.本工作揭示了Na_(0.7)Ni_(0.35)Sn_(0.65)O_(2)材料在空气中的劣化过程和修复机理,为该材料的应用及复烧工艺的深层理解提供了有价值的参考.

关键词：钠离子电池层状正极材料层状材料过渡金属氧化物电化学性能空气稳定性高电压平均电压

金属性NiN纳米粒子的制备与乙二醇电氧化性能

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化学学报 2023年

作者：杨镇鸿干晓娟王书哲段君元翟天佑刘友文华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术全国重点实验室

利用小分子电催化氧化反应耦合水解制氢不仅有助于降低阳极反应过电位，提高析氢反应(HER)效率，而且产生高附加值的化学品，是提升电催化水分解性能的有效策略. 其关键是开发具有高导电性和低氧化电位的非贵金属电催化剂. 本文以Ni(... 详细信息

利用小分子电催化氧化反应耦合水解制氢不仅有助于降低阳极反应过电位，提高析氢反应(HER)效率，而且产生高附加值的化学品，是提升电催化水分解性能的有效策略. 其关键是开发具有高导电性和低氧化电位的非贵金属电催化剂. 本文以Ni(OH)2纳米片为前驱物，通过退火氮化工艺，制备了具有低氧化电位和高导电性的金属相Ni3N纳米颗粒(Ni3N-NPs). 与Ni(OH)2相比， Ni3N-NPs具有较小的法拉第电阻，更低的氧化电位(1.36V时达到10mAcm-2)，较小的Tafel斜率(29mVdec-1)，表现出更好的乙二醇(EG)电催化氧化性能. 在1.36V时， Ni3N-NPs电催化氧化EG生成甲酸盐的法拉第效率高达91.16%. 通过XRD、TEM、XPS对反应前后Ni3N-NPs结构进行详细表征发现，在电催化EG 氧化过程中， Ni3N-NPs表面被氧化生成NiOOH，同时EG在催化剂表面发生脱H 氧化生成甲酸， H 同步还原NiOOH并将其转化为Ni(OH)2. 此外， Ni3N-NPs对有机小分子电催化氧化具有良好的普适性.

关键词：电催化电解水乙二醇 Ni(OH) Ni N

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类沸石结构分子:极具潜力的二维介电材料

Science China Materials 2023年第1期66卷 233-240页

作者：刘立昕李鹏雨赵英鹤宋海洋刘腾李会巧翟天佑 State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China

二维半导体材料的出现为新一代半导体器件的开发与摩尔定律的延续带来了前所未有的机遇.然而,缺乏合适的介电材料使二维半导体的实际应用严重受阻.在本文中,我们采用理论结合实验的研究方法,展示了类沸石结构分子(ZLMs)在用作二维介电... 详细信息

二维半导体材料的出现为新一代半导体器件的开发与摩尔定律的延续带来了前所未有的机遇.然而,缺乏合适的介电材料使二维半导体的实际应用严重受阻.在本文中,我们采用理论结合实验的研究方法,展示了类沸石结构分子(ZLMs)在用作二维介电材料方面极具潜力.具体而言,ZLMs具有与二氧化硅相当的带隙与介电常数,且ZLMs与二维半导体材料通过范德华力进行连接,形成了理想的接触界面.此外,ZLMs具有良好的环境稳定性.本文提出了一类全新的范德华介电材料,对二维半导体领域意义重大.

关键词：介电材料半导体器件摩尔定律范德华力二维半导体接触界面介电常数

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异价离子取代构建高离子电导率的插层结构

Science Bulletin 2023年第11期68卷 1134-1142,M0004页

作者：孙宗栋梁嘉宁刘开朗冯昕吴宇赵英鹤梁麒吴劲松李会巧翟天佑 State Key Laboratory of Materials Processing and Die&Mould Technology and School of Materials Science and EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Nanostructure Research CenterWuhan University of TechnologyWuhan 430070China

在纳米尺度通道内的离子传输是纳米流体学领域研究的重点.二维(2D)材料的本征层状结构为流体离子提供了稳健的纳米传输通道.为实现流体离子在2D材料薄膜内的高效传输,本文开发了一种新颖的异价离子取代插层策略,通过化学气相输运法直接... 详细信息

在纳米尺度通道内的离子传输是纳米流体学领域研究的重点.二维(2D)材料的本征层状结构为流体离子提供了稳健的纳米传输通道.为实现流体离子在2D材料薄膜内的高效传输,本文开发了一种新颖的异价离子取代插层策略,通过化学气相输运法直接合成多种具有高离子电导结构的单晶.将块体单晶置入水中通过手动摇晃即可获得二维纳米片分散液,组装后的薄膜展现出高的锂离子电导率,优于目前多数关于2D材料薄膜水相锂离子电导率的报道.这种在合成过程中直接构筑离子传输结构的策略与目前已有的先剥离2D材料后对纳米片修饰改性的方法完全不同.因此,这种普适性的异价离子取代插层策略将会为更多高离子电导率的2D材料薄膜的开发提供借鉴与参考.

关键词：离子电导率离子取代纳米片离子传输纳米流体材料薄膜传输通道插层结构