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弹性聚合物固态电解质界面膜保护金属锂负极

硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2187-2196页

作者：卢微王子豪赵安顺于明希杜米赵雪张文静刘梅冯明吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室吉林师范大学信息技术学院吉林师范大学物理学院

固态电解质界面膜（SEI）的性质直接影响着锂金属电池中金属锂负极的稳定性。本文通过原位紫外光聚合方法构筑了弹性聚合物人工固态电解质界面膜（EP-SEI）保护的金属锂负极。这种EP-SEI具有优异的均匀性、稳定性和弹性，在电池循环中... 详细信息

固态电解质界面膜（SEI）的性质直接影响着锂金属电池中金属锂负极的稳定性。本文通过原位紫外光聚合方法构筑了弹性聚合物人工固态电解质界面膜（EP-SEI）保护的金属锂负极。这种EP-SEI具有优异的均匀性、稳定性和弹性，在电池循环中促进锂离子均匀沉积。这些特性可以抑制锂枝晶的生成，缓冲金属锂负极在循环时的体积变化，有效保护金属锂负极。这种EP-SEI保护的金属锂负极组装的LFP||Li电池和NCM811||Li电池在0.5 C倍率下的最高容量分别可达到164.1 m A·h·g-1和187.1 m A·h·g-1，并稳定循环500圈。

关键词：人工固态电解质界面金属锂负极锂金属电池聚合物高弹性

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纳米结构金属氧化物电子传输层研究进展

太阳能学报 2024年第4期45卷 36-42页

作者：靳迦惠杨鑫炫范琳杨丽丽杨景海王奉友吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室长春130103

总结纳米结构金属氧化物在钙钛矿太阳电池中的应用进展,详细介绍纳米结构金属氧化物(包括二氧化钛、氧化锌和二氧化锡等)作为电子传输材料的实例。此外,对纳米结构金属氧化物电子传输层进行掺杂和界面修饰等方面的研究进展加4个介绍。最... 详细信息

总结纳米结构金属氧化物在钙钛矿太阳电池中的应用进展,详细介绍纳米结构金属氧化物(包括二氧化钛、氧化锌和二氧化锡等)作为电子传输材料的实例。此外,对纳米结构金属氧化物电子传输层进行掺杂和界面修饰等方面的研究进展加4个介绍。最后,对该类电子传输层的未来发展前景进行展望。

关键词：钙钛矿太阳电池光吸收形貌纳米结构电子传输层

MXene基复合材料的制备及其在光电催化合成氨中的应用

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化学进展 2024年第6期36卷 904-913页

作者：孙涛孙添添鲁铭孙威刘春波吉林师范大学工程学院四平136000 吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室长春130103 吉林省减污降碳材料开发与利用联合技术创新实验室四平136000

近年来,生态污染和能源稀缺问题影响着人类的生活,绿色、低碳的光、电催化技术引起了人们的广泛关注。基于半导体的光、电催化技术在合成氨应用上极具前景,而由于单一半导体存在载流子分离效率低、容易复合等缺点,因此寻找能够提升固氮... 详细信息

近年来,生态污染和能源稀缺问题影响着人类的生活,绿色、低碳的光、电催化技术引起了人们的广泛关注。基于半导体的光、电催化技术在合成氨应用上极具前景,而由于单一半导体存在载流子分离效率低、容易复合等缺点,因此寻找能够提升固氮催化剂性能的助催化剂成为关键。二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物MXene,在光、电催化合成氨领域具有广阔的应用前景。MXene具有良好的亲水性、大的比表面积、优异的导电性和丰富的高效催化N2还原的活性位点,是光、电催化固氮材料的理想选择。本文主要综述了MXene及复合材料的制备及其在光电催化合成氨领域的进展。首先,简要总结了MXene的结构特点和MXene及其复合物的制备策略。其次,重点介绍了MXene基复合催化剂在光、电催化合成氨方面的性能研究。最后对MXene基复合材料的发展方向进行探讨与展望。

关键词： MXene 光催化电催化合成氨

MOFs衍生的二氧化钛促进Ti-Fe_(2)O_(3)光阳极高效光电化学水氧化的多重效应

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 179-191页

作者：巴凯凯刘禹男张凯王平林艳红王德军李子亨谢腾峰吉林大学化学学院吉林长春130012 吉林师范大学化学学院教育部环保材料制备与应用重点实验室吉林长春130103 吉林大学物理学院先进电池物理与技术重点实验室吉林长春130012

光电化学(PEC)分解水是一种清洁可持续的获取氢燃料的方法,其中产氧半反应(OER)是制约整个水分解过程效率的关键步骤.因此,光阳极的性能是决定太阳能到氢能转化效率的关键因素.在各种水氧化光阳极材料中,赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))因具有... 详细信息

光电化学(PEC)分解水是一种清洁可持续的获取氢燃料的方法,其中产氧半反应(OER)是制约整个水分解过程效率的关键步骤.因此,光阳极的性能是决定太阳能到氢能转化效率的关键因素.在各种水氧化光阳极材料中,赤铁矿(α-Fe_(2)O_(3))因具有良好的化学稳定性、合适的带隙(~2.1 eV)、无毒、储量丰富等优点而成为最有前途的光阳极材料之一.然而,α-Fe_(2)O_(3)丰富的受体表面态和缓慢的水氧化动力学导致光生电荷复合严重,限制了其在光电化学中的实际应用.因此,有必要对α-Fe_(2)O_(3)进行表面工程设计以提高水氧化效率.本文提出了一种新方法,以金属有机框架(Ti-MOFs)为模板,在Ti-Fe_(2)O_(3)表面煅烧合成TiO_(2)层,然后将富活性位点的ZIF-67加载在TiO_(2)/Ti-Fe_(2)O_(3)上作为助催化剂,制备出具有较好光电化学性能的ZIF-67/TiO_(2)/Ti-Fe_(2)O_(3)复合光阳极.X射线衍射、高分辨透射电镜、X射线光电子能谱和拉曼光谱等表征结果证实成功合成了ZIF-67/TiO_(2)/Ti-Fe_(2)O_(3).同时,氮气等温吸附脱附曲线和表面接触角测试结果表明,MOFs衍生的TiO_(2)为介孔材料.采用表面光伏技术、光致发光光谱、飞秒-瞬态吸收光谱和电化学阻抗谱分析,研究了光生电荷的分离和复合行为.结果表明,MOFs衍生的TiO_(2)不仅可以作为钝化层有效抑制了表面复合,还作为Ti-Fe_(2)O_(3)的电子阻挡层,显著减少了电子向表面的流失,从而大大提高了Ti-Fe_(2)O_(3)表面和体相的电荷分离效率.进一步的累积电荷量测试、电化学阻抗谱和Bode图分析显示,负载MOFs衍生TiO_(2)后,可以明显促进光生空穴向电解质的注入,其多孔结构也可以增加反应接触面积,这有利于光生电荷在固液界面传输.此外,理论计算结果表明,Ti-Fe_(2)O_(3)水氧化速控步骤的能垒(ΔG=3.38 eV)明显高于TiO_(2)(ΔG=1.67 eV),说明OER更容易在TiO_(2)/Ti-Fe_(2)O_(3)表面发生,这与其光电流密度结果一致.为进一步提高反应活性和加快水氧化动力学,负载助催化剂ZIF-67后,ZIF-67/TiO_(2)/Ti-Fe_(2)O_(3)复合光阳极实现了较好的光电化学性能,其在1.23 V ***时光电流密度高达4.04 mA cm^(‒2),是Ti-Fe_(2)O_(3)的9.3倍,并且复合光阳极的入射光子电流转换效率和空穴注入效率分别达到93%(390 nm)和91%.综上所述,本研究通过MOFs衍生的TiO_(2)和ZIF-67助催化剂改性α-Fe_(2)O_(3)光阳极,显著提升了其光电化学水氧化性能.其中,MOFs衍生TiO_(2)不仅优化了电荷分离,还促进了光生空穴的注入,从而显著提高其光电化学水氧化性能.本研究为构筑高性能的有机-无机杂化光阳极提供了新思路.

关键词： Ti-Fe_(2)O_(3)光阳极电荷分离多孔TiO_(2) 多重效应水氧化

基于DMD的无掩模光刻图形精准性优化方法(特邀)

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中国激光 2024年第12期51卷 398-408页

作者：刘华黄龙刘雨晴东北师范大学物理学院先进光电功能材料研究中心紫外发射材料与技术教育部重点实验室国家实验物理教育示范中心吉林长春130024

基于数字微镜器件(DMD)的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注,该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制,为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而,在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题,如投影畸变... 详细信息

基于数字微镜器件(DMD)的无掩模光刻技术作为一种新兴技术在光刻领域备受关注,该技术利用DMD实现光刻掩模的数字化控制,为微纳米加工和快速原型制作提供了一种全新的解决方案。然而,在DMD无掩模光刻技术中还存在着一些问题,如投影畸变、像素化效应和邻近效应等,这些问题严重影响了光刻图形的精准性。本课题组基于多年的工作基础,全面分析了影响光刻图形质量的因素,并系统总结了几种提高光刻图案精准性的方法,包括数字掩模补偿法、像素叠加优化方法和飞秒局部修饰技术等。基于这些方法的相互配合,本课题组将投影畸变由37.7μm降低至1.7μm,将像素化效应降低为原来的1/6,将邻近效应造成的局部形变尺寸减小为1μm左右,制备出了高精准性的光刻图形。

关键词：投影光刻数字微镜器件光刻质量飞秒激光

超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金晶体结构及性能研究进展

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复合材料学报 2024年第3期41卷 1204-1214页

作者：张晓杰田晓张颖韩家乐杨艳春塔娜内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022 内蒙古师范大学稀土功能新能源储能材料内蒙古自治区工程研究中心呼和浩特010022 内蒙古师范大学功能材料物理与化学自治区重点实验室呼和浩特010022

超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金具有放电容量大、能量密度高和成本低等优点,是一种重要的氢能存储和转换材料,目前主要用做镍氢电池负极材料和直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂。La-Mg-Ni复合合金最初是在La-Ni基储氢合金的基础上,通过用... 详细信息

超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金具有放电容量大、能量密度高和成本低等优点,是一种重要的氢能存储和转换材料,目前主要用做镍氢电池负极材料和直接硼氢化物燃料电池阳极催化剂。La-Mg-Ni复合合金最初是在La-Ni基储氢合金的基础上,通过用部分Mg替代La而发展起来的。由于La-Mg-Ni复合合金中金属Mg熔点、沸点低,易挥发,导致采用常规熔炼法很难制备;同时合金中的Mg在碱性电解液中容易腐蚀、氧化,导致合金的循环稳定性差。为克服La-Mg-Ni复合合金制备困难和循环稳定性差等问题,研究者又在La-Ni基储氢合金的基础上,通过用部分Y替代La开发出了La-Y-Ni合金。La-Mg-Ni和La-Y-Ni复合合金具有非常相似的超晶格结构,均能表现出很好的储氢性能,均属于同一类新型超晶格结构储氢合金。本文对La-Mg/Y-Ni储氢合金近20多年的研究成果进行了梳理。本文首先介绍超晶格La-Mg-Ni和La-Y-Ni复合合金的相结构组成及相结构的演变规律,同时分析了Mg元素和Y元素部分替代La元素分别对La-Mg/Y-Ni合金结构和性能的影响,然后讨论了La-Mg/Y-Ni复合合金中的相结构对合金性能的影响。最后,指出了超晶格La-Mg/Y-Ni复合储氢合金未来所面临的挑战和发展方向。

关键词：储氢材料 La-Mg-Ni复合储氢合金 La-Y-Ni复合储氢合金相结构电化学性能

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碳量子点改性锂电池电解液的性质研究

吉林师范大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 78-86页

作者：王夺胡佳琪蒋浩男李海波吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室吉林长春130103

由于金属锂的高反应活性和枝晶效应等特征,其作为锂硫电池负极存在着严重的安全问题.对电解液进行修饰,改变锂金属的沉积、剥离行为,是提高金属锂负极性能最有效的方法之一.本文提出在电解液中添加碳量子点来抑制锂枝晶的新策略.碳量子... 详细信息

由于金属锂的高反应活性和枝晶效应等特征,其作为锂硫电池负极存在着严重的安全问题.对电解液进行修饰,改变锂金属的沉积、剥离行为,是提高金属锂负极性能最有效的方法之一.本文提出在电解液中添加碳量子点来抑制锂枝晶的新策略.碳量子点表面丰富的官能团能吸附Li^(+)与其发生共沉积作用,抑制枝晶的产生;同时也能吸附于金属锂表面,抑制穿梭效应.电化学测试表明碳量子点能有效提高金属锂负极稳定性,提高锂硫电池性能.

关键词：碳量子点锂枝晶电池电解液添加剂

MnFe_(1-x)Ti_(x)P_(0.77)Ge_(0.23)化合物的结构与磁性

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功能材料 2024年第4期55卷 4135-4141,4178页

作者：王欣宁迪立新伊博乐欧志强哈斯朝鲁李英杰特古斯内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022 内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室呼和浩特010022

利用高能球磨法和粉末烧结法制备了MnFe_(1-x)Ti_(x)P_(0.77)Ge_(0.23)(x=0.03,0.04,0.06,0.08,0.09)系列化合物。室温X射线衍射结果表明化合物均呈现Fe_(2)P型六角结构,随着Ti含量的增加,晶格常数a、b减小,晶格常数c增大,晶胞体积有所... 详细信息

利用高能球磨法和粉末烧结法制备了MnFe_(1-x)Ti_(x)P_(0.77)Ge_(0.23)(x=0.03,0.04,0.06,0.08,0.09)系列化合物。室温X射线衍射结果表明化合物均呈现Fe_(2)P型六角结构,随着Ti含量的增加,晶格常数a、b减小,晶格常数c增大,晶胞体积有所增大。变温X射线衍射实验结果表明,MnFe_(0.94)Ti_(0.06)P_(0.77)Ge_(0.23)化合物在305~350 K温度区间内发生铁磁到顺磁的相转变,存在磁弹耦合现象。MnFe_(1-x)Ti_(x)P_(0.77)Ge_(0.23)(x=0.03,0.04,0.06,0.08,0.09)化合物的磁性测量结果表明随着Ti含量增加化合物的居里温度降低,热滞变大,最大等温磁熵变减小。

关键词：磁制冷 X射线衍射变温X射线衍射磁弹耦合居里温度

MgSc合金α相和β相中空位扩散性质的计算研究

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中国有色金属学报 2024年

作者：邰兴安丁美玲武晓霞那日苏内蒙古师范大学物理与电子信息学院现代物理研究中心内蒙古自治区功能材料物理与化学重点实验室

镁钪合金是迄今为止最轻的形状记忆合金，在航空航天、汽车工业和医疗等领域有广泛的应用前景。采用特殊准随机结构结合第一性原理计算方法，计算了α、β相Mg1-xScx（x=0.2， 0.3， 0.5， 0.7）合金中空位形成能和迁移能。结果表明，... 详细信息

镁钪合金是迄今为止最轻的形状记忆合金，在航空航天、汽车工业和医疗等领域有广泛的应用前景。采用特殊准随机结构结合第一性原理计算方法，计算了α、β相Mg1-xScx（x=0.2， 0.3， 0.5， 0.7）合金中空位形成能和迁移能。结果表明，在相同组分合金中，空位第一近邻Sc原子数的变化对α相MgSc合金单空位形成能影响较大，而对β相的影响较小。随着合金中Sc含量的增加，空位形成能范围显著增大，表明Sc掺杂使合金更难于形成空位。在不同组分MgSc合金中，Sc空位迁移能均大于Mg空位迁移能，表明原子的扩散主要通过Mg原子完成，并且Mg原子在β相中的空位迁移能低于α相，意味着经过相同的时效处理后，MgSc合金中有序化过程可能更容易在β相中发生。

关键词： MgSc合金空位空位形成能空位迁移能第一性原理计算