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无机固态电解质界面改性技术研究进展

功能材料 2024年第6期55卷 6079-6087页

作者：刘利洁智海瑞张开悦杨全占赵晖沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159 辽宁大学物理学院沈阳110036

全固态锂离子电池,因其能量密度和安全性的优势而受到广泛关注,固态电解质作为全固态电池的核心部件对其工作性能具有至关重要的影响。当前研究较为成熟的固态电解质体系包括氧化物、硫化物和聚合物三种,其中氧化物固体电解质的能量密... 详细信息

全固态锂离子电池,因其能量密度和安全性的优势而受到广泛关注,固态电解质作为全固态电池的核心部件对其工作性能具有至关重要的影响。当前研究较为成熟的固态电解质体系包括氧化物、硫化物和聚合物三种,其中氧化物固体电解质的能量密度、稳定性和循环寿命等性能较好,是较为理想的固态电解质材料,但其与电极间存在的严重的界面接触问题束缚了固态电池的大规模应用。目前针对改善不同类型固态电解质界面问题的研究较多,综述了近几年报道的无机固态电解质与电极间的界面问题的前沿研究,系统归纳了几类主要的界面改性方法,着重对复合正极、界面处理工艺优化、引入界面层以及复合电解质等研究方法进行了介绍与应用前景展望。

关键词：全固态电池固态电解质界面改性复合材料

Zn^(2+)和TiO_(2)合金化过程中不同成分占比对薄膜结构和光催化性能的影响

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物理学报 2024年第18期73卷 121-130页

作者：肖文悦董小硕买买提热夏提·买买提牛娜娜李国栋朱泽涛毕杰昊新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830017 新疆大学材料科学与工程学院乌鲁木齐830017

使用溶胶-凝胶法在单晶硅衬底上制备一批不同Zn^(2+)成分调节的TiO_(2)薄膜,观测Zn^(2+)和TiO_(2)合金化过程中光学和光催化性能的变化.X射线衍射光谱仪用于观测在合金化过程中薄膜的晶体结构变化并追踪ZnTiO_(3)化合物的形成.扫描电子... 详细信息

使用溶胶-凝胶法在单晶硅衬底上制备一批不同Zn^(2+)成分调节的TiO_(2)薄膜,观测Zn^(2+)和TiO_(2)合金化过程中光学和光催化性能的变化.X射线衍射光谱仪用于观测在合金化过程中薄膜的晶体结构变化并追踪ZnTiO_(3)化合物的形成.扫描电子显微镜、原子力显微镜用于观测合金化过程中因TiO_(2)晶格对Zn^(2+)溶解度有限而导致薄膜表面出现大量孔洞的现象.X射线光电子能谱和光学带隙用于观测Zn^(2+)与TiO_(2)合金化过程中电子结构层面的变化.最后,通过降解亚甲基蓝(MB)溶液,表明少量Zn^(2+)掺杂完全溶解在TiO_(2)中,并破坏TiO_(2)结晶质量.在Zn^(2+)的成分占比继续提高至15%的过程中,XPS峰形拟合结果验证了TiO_(2)对Zn^(2+)的溶解度有限,导致薄膜出现大量孔洞结构,薄膜的活性比表面积得以提升,同时Zn^(2+)可以有效地捕获光生e^(-)/h^(+).为了继续观察Zn^(2+)浓度对TiO_(2)的影响,将Zn^(2+)的浓度提升至40%,观察Zn^(2+)与TiO_(2)合金化过程中的现象.表明化合物ZnTiO_(3)的出现可以充当e^(-)/h^(+)的复合中心以及TiO_(2).占比的大幅下降导致合金化之后的薄膜光催化效率逐渐下降.

关键词： TiO_(2) Zn^(2+) 光催化带隙表面

Yb^(3+)/Nd^(3+)掺杂对Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶Cr^(3+)发光性能的影响

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发光学报 2024年第5期45卷 736-744页

作者：谢鑫葛万银张倩杨茂浩吴晨歌何鹏殷宏磊陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土... 详细信息

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土离子合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)和Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)近红外荧光粉。相比Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),460 nm蓝光激发的Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)同时出现Cr^(3+)和Yb^(3+)特征发射峰,经过光谱分析和荧光寿命变化证明Cr^(3+)-Yb^(3+)存在能量传递通道,最高使Cr^(3+)-Yb^(3+)能量传递效率达80.2%,得益于Yb^(3+)卓越的热稳定性促使整体荧光光谱热稳定性提高约3.7倍。设计合成的Sr_(9)Ga(PO_(4))_7∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)样品调制出833,876,1 060 nm的多峰发射,显著拓宽了近红外光谱范围。最终,讨论了荧光粉在温度传感和无损检测领域的应用,证明该系列荧光粉具有广阔的应用前景。

关键词： Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+) 近红外荧光粉 Yb^(3+) Nd^(3+)

自牺牲型金属有机框架衍生In_(2)S_(3)多级孔结构纳米材料强化光催化性能

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 204-213页

作者：杨婷婷王彬朱剑豪夏杰祥李华明江苏大学化学化工学院能源研究院江苏镇江212013 香港城市大学物理系材料科学与工程系生物医学工程系中国香港

半导体基光催化是减少对化石燃料的依赖和解决环境污染问题的有前景的策略之一.在光催化有机污染物降解领域,硫化物材料备受关注.其中,In_(2)S_(3)催化剂因展现较好的催化活性及经济可行性,而被认为是光催化降解的理想催化剂之一.然而,... 详细信息

半导体基光催化是减少对化石燃料的依赖和解决环境污染问题的有前景的策略之一.在光催化有机污染物降解领域,硫化物材料备受关注.其中,In_(2)S_(3)催化剂因展现较好的催化活性及经济可行性,而被认为是光催化降解的理想催化剂之一.然而,采用传统煅烧法制备的In_(2)S_(3)催化剂由于比表面积小,暴露的活性位点有限,进而限制了其催化活性的进一步提升.因此,制备具有较大比表面积和多活性位点的In_(2)S_(3)基催化剂,对于推动光催化降解有机污染物领域的发展具有重要的意义.本文通过构建分级多孔结构的光催化剂,以增强材料的光吸收性能并优化光生载流子的迁移和分离,从而提升光催化降解有机污染物的性能.利用In基金属有机骨架(MOFs)作为自我牺牲模板,通过硫化制备了包括空心纳米管、微管、中空球和十二面体在内的多种分级In_(2)S_(3)光催化剂.分级多孔结构不仅增强了入射光的多次折射和反射,还提供了更大的表面积,从而提高了光生载流子的光利用率和相分离效率.实验结果表明,这些材料的光催化效率远高于块状和商用In_(2)S_(3).通过X射线光电子能谱、X射线衍射等手段验证了不同形貌分级多孔In_(2)S_(3)材料的成功制备.紫外-可见漫反射光谱结果表明,所有催化剂均可吸收部分可见光,结合莫特肖特基曲线和XPS价带谱结果,说明催化剂的导带、价带位置均满足光催化降解有机污染物的要求.光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线等研究表明,分级多孔结构有效促进了光生载流子的分离和迁移.光催化降解罗丹明B(RhB)和四环素(TC)性能评价结果表明,与块状和商用In_(2)S_(3)相比,具有分级多孔结构的In_(2)S_(3)材料表现出更好的光催化降解活性.其中,空心In_(2)S_(3)纳米管(HNTs)具有最佳的光催化性能,在光照1.5和2 h后,In_(2)S_(3)-HNT可以去除约50%的TC和95%的RhB,其RhB的降解速率分别是块状和商业In_(2)S_(3)的135.6倍和446.9倍,TC的降解速率分别是块状和商业级In_(2)S_(3)的7.8倍和36.5倍.电子顺磁共振和自由基捕获实验结果表明,在光催化降解过程中,空穴、超氧自由基以及单线态氧是主要的活性物种.特别是,当In_(2)S_(3)-HNT受到光照时,其独特的分级多孔结构使得光生电子和空穴对能够有效分离,这使得In_(2)S_(3)-HNT可以积累更多的活性氧自由基,从而显著提升了其光催化降解有机污染物的性能.综上,本文采用新型自牺牲模板法,制备了金属有机框架衍生In_(2)S_(3)多级孔结构纳米材料.通过精准调控In_(2)S_(3)催化剂的形貌,有效提升了光催化降解有机污染物性能.该方法在高效光催化剂的制备上展现了显著潜力,为设计高性能的光催化降解材料提供参考.

关键词：硫化铟金属有机框架形貌调控光催化污染物降解

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外加电场和B/N掺杂对锡烯带隙的影响

物理学报 2024年第8期73卷 90-96页

作者：吕永杰陈燕叶方成蔡李彬戴子杰任云鹏江苏大学机械工程学院镇江212013 江苏大学材料科学与工程学院镇江212013

锡烯具有超高载流子密度、无质量狄拉克费米子和高导热性等优良性质,并且存在能带反转现象,被认为是拓扑绝缘体,拓扑绝缘体在一定条件下可以获得无耗散电流,具有极高的应用潜力.由于锡烯在布里渊区高对称点K处的能带存在狄拉克锥,带隙为... 详细信息

锡烯具有超高载流子密度、无质量狄拉克费米子和高导热性等优良性质,并且存在能带反转现象,被认为是拓扑绝缘体,拓扑绝缘体在一定条件下可以获得无耗散电流,具有极高的应用潜力.由于锡烯在布里渊区高对称点K处的能带存在狄拉克锥,带隙为零,大大限制了锡烯在半导体领域的应用.本文采用在锡烯中掺杂B/N元素和在垂直于锡烯平面方向施加电场的方法来打开锡烯在K点处的带隙,并研究掺杂和施加电场强度对锡烯结构和电子性质的变化.研究发现施加掺杂B元素和垂直电场都能在保留锡烯拓扑性质的同时打开K点处的带隙,并且施加的垂直电场强度与K点处带隙呈正相关.在掺杂B元素的同时施加垂直电场可以增大K点处的带隙,当电场强度为0.5 V/A时,带隙达到0.092 eV.掺杂N元素后,锡烯变为间接带隙半导体,带隙为0.183 eV.施加垂直电场不能改变N元素掺杂锡烯的结构,施加的垂直电场强度与K点处带隙则呈负相关,当电场强度为0.5 V/A时,K点处带隙减小到0.153 eV.

关键词：锡烯拓扑绝缘体垂直电场掺杂

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钙钛矿太阳能电池中铅泄漏的抑制和回收

科学通报 2024年第22期69卷 3283-3298页

作者：吴伟瑜陈聪河北工业大学材料科学与工程学院天津300401

有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿成为太阳能电池、光电探测器、发光二极管等领域的研究焦点.尤其在太阳能电池领域,铅(Pb)基钙钛矿太阳能电池已经实现超过26%的高效光电转换效率和万小时以上的稳定性,商业化潜力巨大.然而,严苛的Pb元素... 详细信息

有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿成为太阳能电池、光电探测器、发光二极管等领域的研究焦点.尤其在太阳能电池领域,铅(Pb)基钙钛矿太阳能电池已经实现超过26%的高效光电转换效率和万小时以上的稳定性,商业化潜力巨大.然而,严苛的Pb元素毒性及生物环境风险评估使研究人员质疑其商业化应用前景和价值.为了减少Pb的泄漏,研究人员已经尝试采用物理隔离和化学吸附等方法对钙钛矿太阳能电池进行封装,实现Pb泄漏的抑制率达到95%以上.但最终,这些电池及光伏组件仍将面临损坏、老化和退役问题,其组分Pb仍不可避免会泄漏到环境中.要根本解决这一问题,需采用有效的“Pb泄漏抑制+绿色回收”策略,解除钙钛矿光伏规模化应用中因环境评估问题所引发的障碍.本文系统地综述了钙钛矿太阳能电池中Pb泄漏的危害、检测方法、抑制方法以及回收策略.

关键词：钙钛矿太阳能电池 Pb泄漏污染 Pb回收

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石墨炔在水系离子电池中的研究进展

新型炭材料（中英文） 2024年第3期39卷 388-406页

作者：徐显敏封文聪任静柯罗雯武汉理工大学材料科学与工程学院材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学理学院物理系湖北武汉430070

石墨炔(Graphdiyne,GDY)是一种全新的炭材料,具有特殊的炭杂化排列方式、独特的化学性质和电子结构以及独特的孔隙结构等优点,在电化学储能领域具有良好的应用前景。新兴的水系离子电池具有低成本和高安全性等优点,然而,高性能电极材料... 详细信息

石墨炔(Graphdiyne,GDY)是一种全新的炭材料,具有特殊的炭杂化排列方式、独特的化学性质和电子结构以及独特的孔隙结构等优点,在电化学储能领域具有良好的应用前景。新兴的水系离子电池具有低成本和高安全性等优点,然而,高性能电极材料的开发、新型隔膜体系的设计以及稳定界面的策略等仍是水系离子电池面临的主要挑战。石墨炔在负极保护、正极包覆、隔膜设计以及稳定界面pH值等方面,可以改善离子传输与界面沉积行为、电解液不稳定等问题。特别是石墨炔自下而上的分子结构设计策略使其具有易修饰、掺杂的特点,改性的石墨炔类似物具有更加优异的性能,拓宽了其在水系离子电池中的应用。本文系统综述了石墨炔的结构与性质以及合成方法,特别对石墨炔在水系离子电池中的研究进行了总结。此外,对石墨炔在水系离子电池中应用时仍存在的问题与挑战进行了探讨,对石墨炔在水系离子电池中的发展进行了展望。

关键词：石墨炔炭材料电化学储能水系离子电池分子结构设计

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多功能MXene油墨:面向印刷能源及电子器件的新视角

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无机材料学报 2024年第2期39卷 195-203页

作者：邓顺桂张传芳四川大学材料科学与工程学院成都610065 瑞士联邦理工学院联邦材料科学与技术研究所瑞士杜本多夫CH-8600

基于功能油墨的先进印刷技术(打印、涂布),能够突破传统制造手段的瓶颈,实现具有复杂结构和特定功能的个性化薄膜及电子器件的快速成型,在可穿戴智能识别、能源存储、电磁屏蔽及吸波、触摸显示等领域展现出巨大的应用前景。印刷先进能... 详细信息

基于功能油墨的先进印刷技术(打印、涂布),能够突破传统制造手段的瓶颈,实现具有复杂结构和特定功能的个性化薄膜及电子器件的快速成型,在可穿戴智能识别、能源存储、电磁屏蔽及吸波、触摸显示等领域展现出巨大的应用前景。印刷先进能源及电子器件的关键在于,开发先进功能油墨材料和与之相匹配的先进印刷技术。2011年发现的MXene材料,是一类由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物所组成的二维大家族的总称,因其卓越的物理和化学性质(如高电导率、出色的亲水性和丰富的表面化学)而受到广泛关注,特别适合作为印刷电子器件的油墨材料。探索MXene油墨的印刷行为特征并厘清MXene油墨在印刷关键环节中的机理,不仅有助于获得高精度的MXene油墨印刷图案,而且可以为印刷多尺度、多材料的多功能薄膜和电子器件打下了坚实基础。本文首先介绍了MXene的制备及其片层胶体的化学稳定性,并对其流变学特性、可打印油墨的形成、油墨印刷行为以及与之适配的打印方法进行了讨论,着眼于MXene油墨在能源、健康监测和传感应用方面的最新进展,分析了该领域面临的挑战和未来的发展方向,为该领域的研究者提供新的视角和启示。

关键词：印刷电子功能油墨 MXene 增材制造健康监测专题评述

Li_(6)Gd(BO_(3))_(3)晶体生长及热性能

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硅酸盐学报 2024年第5期52卷 1589-1596页

作者：任伊扬王鹏马云峰张明荣张春生徐家跃上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418 福建理工大学材料科学与工程学院福州350118 北京玻璃研究院有限公司北京101111

Li_(6)Gd(BO_(3))_(3)(LGBO)晶体具有优异的综合性能,是潜在的中子探测、激光和发光材料。但是,由于硼酸盐熔体粘度大、晶体易开裂,晶体生长非常困难。采用坩埚下降法生长出尺寸为φ20mm×30mm透明晶体,探讨了高黏度晶体的生长机理,研... 详细信息

Li_(6)Gd(BO_(3))_(3)(LGBO)晶体具有优异的综合性能,是潜在的中子探测、激光和发光材料。但是,由于硼酸盐熔体粘度大、晶体易开裂,晶体生长非常困难。采用坩埚下降法生长出尺寸为φ20mm×30mm透明晶体,探讨了高黏度晶体的生长机理,研究了晶体的光谱和热物理性能。35℃下晶体比热容为0.898 J/(g·K),300℃时上升到1.18 J/(g·K);30℃下和方向热膨胀系数分别为12.768×10^(-6)K^(-1)和21.146×10^(-6)K^(-1),随温度升高表现出显著的各向异性;室温下其热导率分别为2.72 W/(m·K)和2.60 W/(m·K)。较大的比热容有利于LGBO晶体在高功率状态下稳定工作。

关键词：硼酸钆锂晶体坩埚下降法晶体生长热性能