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二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展

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无机材料学报 2024年第2期39卷 215-224页

作者：费玲雷蕾汪德高中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室宁波315201 中国科学院大学北京100049 中国科学院宁波材料所前沿交叉科学研究中心宁波315201

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰... 详细信息

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰富、制造成本低廉和光电性能良好等优点而受到广泛关注。然而,新型薄膜太阳能电池器件的电荷传输性能和运行稳定性与正式商用的要求仍有一定差距。二维MXene材料具有比表面积高、表面官能团丰富、导电性优良、功函数可调和亲水性等优点,已成为能源转换领域的研究热点。鉴于此,本文在综述二维MXene材料的结构、光学和电学特性的基础上,阐述了近些年二维MXene材料应用于新型薄膜太阳能电池的研究进展,并重点探讨了二维MXene材料增强太阳能电池光电性能的机制。二维MXene材料可通过作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层和电荷传输层的添加剂、修饰染料敏化太阳能电池的光电阳极和制备电极,来调整能带对齐、降低功函数、拓宽吸光范围和形成“柱撑效应”,有效改善器件的光吸收效率、载流子迁移率和电荷提取能力,从而提升器件的光电性能和稳定性。最后,结合目前的研究进展,对二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的发展前景及面临的挑战提出了建议。

关键词： MXene 纳米材料太阳能电池光电性能能源专题评述

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表面烧蚀对高超声速飞行器气动特性的影响研究

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空天技术 2024年第2期2024卷 54-68页

作者：郑永康叶友达田浩田浩蒋勤学北京流体动力科学研究中心

针对飞行器高速飞行过程中受气动加热影响碳-碳材料表面发生微烧蚀，反应产物进入流场边界层与高温气体相互作用的复杂物理化学过程，开展了典型工况条件下翼身组合体和类HTV-2飞行器的热化学非平衡数值计算，分析了碳-碳材料表面烧蚀... 详细信息

针对飞行器高速飞行过程中受气动加热影响碳-碳材料表面发生微烧蚀，反应产物进入流场边界层与高温气体相互作用的复杂物理化学过程，开展了典型工况条件下翼身组合体和类HTV-2飞行器的热化学非平衡数值计算，分析了碳-碳材料表面烧蚀效应对高超声速飞行器气动特性的影响规律。结果表明，碳-碳材料表面烧蚀的程度越剧烈，材料表面气体引射速度越高，飞行器降热减阻的效果越明显。碳-碳材料表面烧蚀模型，在端头、翼前缘等区域，主要影响表面热流计算结果；在迎风面大面积区域，主要影响摩阻计算结果；在背风区对流场影响较小。表面烧蚀效应有效降低了轴向力的预测值，对法向力和俯仰力矩几乎没有影响。

关键词：高超声速飞行器表面烧蚀热流碳-碳材料降热减阻

在质子交换膜体系中实现长效高选择性电催化CO_(2)甲酸转化

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科学通报 2024年第14期69卷 1818-1820页

作者：姚颖方南京大学环境材料与再生能源研究中心南京210093

化石能源的过度消耗向大气中排放了大量CO_(2),引发严重的全球气候变暖等环境问题^([1]).随着国际上对这一全球性问题的日益关注,碳捕集和利用是实现碳中和目标的巨大挑战和机遇.随着全球范围内大规模太阳电池和风能发电设施的普及,利... 详细信息

化石能源的过度消耗向大气中排放了大量CO_(2),引发严重的全球气候变暖等环境问题^([1]).随着国际上对这一全球性问题的日益关注,碳捕集和利用是实现碳中和目标的巨大挑战和机遇.随着全球范围内大规模太阳电池和风能发电设施的普及,利用可再生能源电力将CO_(2)电化学转化为有机化学品受到广泛关注,CO_(2)电解技术为推进“双碳”(碳达峰、碳中和)战略的实施以及人类社会的可持续发展提供了一种可靠的途径。

关键词：有机化学品风能发电碳中和电解技术全球性问题质子交换膜高选择性可再生能源电力

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磷及磷化物高压结构与性能研究进展

物理学进展 2024年第3期44卷 123-135页

作者：黄叶铧郭振源李俊凯杨欣缑慧阳北京高压科学研究中心北京100096

磷作为第五主族非金属元素,具有独特的电子结构和优异的光、电、力学等特性,展现出广泛的应用前景。近年来,研究表明磷及磷化物具有极易受到外场影响和调控的特点,且在高压条件下具有丰富的物理化学性质。此外,磷及磷化物的独特结构和... 详细信息

磷作为第五主族非金属元素,具有独特的电子结构和优异的光、电、力学等特性,展现出广泛的应用前景。近年来,研究表明磷及磷化物具有极易受到外场影响和调控的特点,且在高压条件下具有丰富的物理化学性质。此外,磷及磷化物的独特结构和电子性质使其具有许多不同于传统材料的物理特性。因此,利用高压在磷和磷化物中实现结构转变、超导转变,已然成为高压领域的研究热点。本文以黑磷、锗磷和砷磷等多种典型的磷和磷化物为例,概述了磷和磷化物在高压调控下的结构、电学、光学等方面的响应,讨论其结构与物理性质之间的构效关系,并对未来在高压下磷化物的研究进行展望。

关键词：高压磷化物晶体结构

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3万t重载列车制动工况纵向力关键影响因素分析

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铁道学报 2024年第1期46卷 53-59页

作者：何闻常崇义王俊彪郭刚中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081

为保证3万t重载列车的常态化安全运行,建立长大重载列车纵向动力学仿真模型,使用瓦日线重载列车试验数据对其进行验证,利用该模型分析3万t重载列车的ECP制动系统、同步操控性、变坡点坡度差和车辆轴重等关键因素对制动工况下列车纵向力... 详细信息

为保证3万t重载列车的常态化安全运行,建立长大重载列车纵向动力学仿真模型,使用瓦日线重载列车试验数据对其进行验证,利用该模型分析3万t重载列车的ECP制动系统、同步操控性、变坡点坡度差和车辆轴重等关键因素对制动工况下列车纵向力的影响。结果表明:25 t轴重的3万t重载列车在紧急制动下使用ECP制动系统比使用LOCOTROL无线同步操控技术的组合列车编组各车位最大压钩力下降25%~55%;若组合列车发生无线通信故障,在8‰坡度差的“V”形坡道上所允许使用的最大减压量不超过50 kPa;组合列车在“A”形变坡区段上的安全坡度差不超过13‰,“V”形变坡区段不超过10‰。30 t轴重的3万t组合列车在常用全制动和紧急制动下比25 t轴重可降低车钩力约40%。

关键词：重载列车纵向动力学无线通信故障坡度差车辆轴重

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电催化还原氮制氨的最新进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 107-127页

作者：海广通富忠恒刘欣黄秀兵浙江大学衢州研究院浙江衢州324000 清华大学化工系膜技术与工程研究中心北京100084 北京科技大学新材料与技术研究所北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083 加拿大国立科学研究院能源材料通讯中心瓦雷纳斯加拿大北京科技大学材料科学与工程学院北京材料基因工程高精尖创新中心北京100083

氮还原反应在生态系统、农业系统和工业氮循环中发挥着至关重要的作用.然而,由于氮气在水中的溶解度低,N≡N三键结构稳定,且存在与析氢反应的激烈竞争,因此目前电化学氮还原反应面临着产率缓慢、法拉第效率低等挑战.尽管研究者们通过不... 详细信息

氮还原反应在生态系统、农业系统和工业氮循环中发挥着至关重要的作用.然而,由于氮气在水中的溶解度低,N≡N三键结构稳定,且存在与析氢反应的激烈竞争,因此目前电化学氮还原反应面临着产率缓慢、法拉第效率低等挑战.尽管研究者们通过不懈的努力已经在该领域取得了显著的进展,但距离其实际应用仍有较大差距.因此,如何通过多方面的调控手段,尽早实现人工固氮的工业化生产,成为当前该领域亟待解决的关键问题.本文系统梳理了电催化还原氮制氨的最新进展.首先,对NRR的机理进行了全面介绍.详细介绍了五种备受关注的氮还原机理:解离机理、结合机理、交替机理、酶促机理以及最新发现的马尔斯-范克雷维伦机理.通过对比电催化氮还原与哈珀法催化氮还原的反应机理,阐明了电催化氮还原的优势.然后,总结了该领域最新的研究进展.详细介绍了高性能氮还原催化剂的最新设计开发成果,基于近五年的相关报道,重点介绍了Mo基催化剂、Cu基催化剂、Ru基催化剂、Bi基催化剂和Fe基催化剂的研究进展.此外,对其他过渡金属基催化剂和非金属催化剂也进行了评述和展望,并对不同催化剂的优缺点进行了系统的比较.随后,对新型氮还原反应装置的研究进展进行了综述.讨论了新型反应器对缓解氮分子低溶解度这一问题的关键作用,强调了研发新型氮还原反应装置对提升电催化氮还原性能的重要性.在NRR反应路径的调控和优化方面,本文总结了最新的研究成果,特别是Li介导的氮还原反应的重要意义,证实了反应路径的调控优化是提升氮还原性能的有效手段.更为重要的是,从目前最新的研究成果出发,提出了氮还原性能的提升需要多方面的协同调控,单一的优化手段难以突破现有的瓶颈,这为后续的研究提供了重要参考.在展望部分,强调了氮还原领域目前面临的挑战并讨论了未来的研究方向.综上,本文系统地总结了近年来的研究进展,包括高性能催化剂、新型反应设备以及氮还原反应路径的调控和优化.提升氮还原反应的整体性能需要多方面的协调调控,仅关注催化剂很难取得重大突破.本文旨在为氮还原催化剂和反应器的设计以及反应路径的调控优化提供参考.

关键词：氮还原反应电催化催化剂反应设备反应途径

苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷的合成及乙烯基酯树脂复合物的性能

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高分子材料科学与工程 2024年第2期40卷 52-64页

作者：周海莲张泽祺张文超杨荣杰赵翰鹏赵硕北京理工大学材料学院国家阻燃材料工程技术研究中心北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所北京100081

以苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为原料,制备了苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷(MPOSS),采用^(1)H-NMR,^(13)C-NMR,^(29)Si-NMR和MALDI-TOF-MS证明MPOSS段主体为完整的T10和T12笼型结构。将MPOSS用于乙烯基酯树脂(VER)制... 详细信息

以苯基三甲氧基硅烷和甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为原料,制备了苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷(MPOSS),采用^(1)H-NMR,^(13)C-NMR,^(29)Si-NMR和MALDI-TOF-MS证明MPOSS段主体为完整的T10和T12笼型结构。将MPOSS用于乙烯基酯树脂(VER)制备了VER/MPOSS复合物,热重分析、差示扫描量热分析和力学性能测试表明,VER/MPOSS复合物的热稳定性和玻璃化转变温度随MPOSS比例增加而升高;相对于纯VER,添加20%的MPOSS后复合物的弯曲强度、弯曲模量和断裂力分别提高了203%,365%和200%,力学性能显著提升。极限氧指数、锥形量热、热重-红外等阻燃性能与机理研究表明,MPOSS促进了致密炭层的形成,阻止了有机挥发性产物的释放,降低了VER的热释放、烟释放和有毒气体释放量,增强了VER/MPOSS复合物的阻燃性能。综合认为,MPOSS同时提高了乙烯基酯树脂的力学性能、阻燃性能和综合性能。

关键词：苯基乙烯基低聚硅倍半氧烷乙烯基酯树脂阻燃性能力学性能

聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

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中国表面工程 2024年第2期37卷 115-136页

作者：徐梦芸张锦麟马佳玉唐登航许文彬王亮谷红宇章俞之宋力昕中国科学院上海硅酸盐研究所特种无机涂层重点实验室上海200050 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 上海宇航系统工程研究所上海201109 中国科学院上海硅酸盐研究所集成计算材料研究中心上海200050

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。... 详细信息

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。

关键词：聚合物材料空间环境防护涂层热应力应力分析方法有限元模拟

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小角中子散射谱仪放射性样品测量装置研制

核技术 2024年第6期47卷 19-25页

作者：胡文耀闫士博李天富王子军陈忠刘荣灯王成龙贺新福冉怀昌孙凯陈东风中国原子能科学研究院北京102413 生态环境部核与辐射安全中心北京100082

辐照试样研究对评估材料性能具有重要意义。因其带有放射性,常规表征手段受到一定限制,而小角中子散射(Small-Angle Neutron Scattering,SANS)技术几乎不受γ、β等射线的影响,且制样简单。依托中国先进研究堆小角中子散射谱仪,研发了... 详细信息

辐照试样研究对评估材料性能具有重要意义。因其带有放射性,常规表征手段受到一定限制,而小角中子散射(Small-Angle Neutron Scattering,SANS)技术几乎不受γ、β等射线的影响,且制样简单。依托中国先进研究堆小角中子散射谱仪,研发了一台放射性样品测量装置,用于放射性试样内部纳米结构的测量分析。装置的屏蔽厚度利用蒙特卡罗模拟进行优化,结合自动换样和远程控制功能,提高了实验效率和安全性。利用该装置成功开展了A508-Ⅲ钢辐照监督试样的小角中子散射实验,结果表明低剂量长周期辐照对压力容器钢纳米结构影响较小。该装置和相关技术方法可用于放射性试样的纳米结构表征。

关键词：小角中子散射放射性试样纳米结构 A508-Ⅲ钢