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基于多孔高分子刷的坚韧全有机复合电解质助力长循环锂金属电池

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中国科学：化学 2024年第9期54卷 1596-1606页

作者：李始美黄俊龙苗冬田刘绍鸿吴丁财聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室中山大学化学学院广州510006

基于固态电解质的高安全性和高能量密度锂金属电池有望成为下一代储能器件.然而,固态电解质在高离子电导率与优良机械性能之间难以兼得,严重阻碍了其实际应用.本文利用多孔高分子刷(刚性多孔超交联聚氯甲基苯乙烯纳米球(xPCMS)表面接枝... 详细信息

基于固态电解质的高安全性和高能量密度锂金属电池有望成为下一代储能器件.然而,固态电解质在高离子电导率与优良机械性能之间难以兼得,严重阻碍了其实际应用.本文利用多孔高分子刷(刚性多孔超交联聚氯甲基苯乙烯纳米球(xPCMS)表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA),xPCMS-g-PGMA)作为纳米填料,将其与聚乙二醇二胺(DPEG)、聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)进行交联,并引入电解液塑化剂后成功获得了一类坚韧的全有机复合电解质(xPCMS-g-PGMA-AOCE).刚性多孔xPCMS骨架可以增强复合膜的机械强度并为锂离子传输提供充足通道;毛发状反应性PGMA侧链有利于xPCMS-g-PGMA与DPEG、PEGDE等锂离子传输连续相之间形成均匀的三维交联网络结构,可以进一步提高膜力学性能以及促进锂离子均匀、快速传输.因此,基于xPCMS-g-PGMA-AOCE组装的锂金属电池在1 C电流密度下首圈放电比容量高达155 mAh g^(-1),循环360圈后容量保持率为88%.

关键词：复合电解质离子电导率机械强度高分子刷锂金属电池

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钨铼锇三元混合基扩散阴极的制备及发射性能

稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1718-1725页

作者：方浩鑫刘伟杨韵斐周帆王金淑北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室北京100124

采用固液混合法制备出铼钨核壳粉体,然后加入锇粉经预处理后制备出具有特殊包覆结构的三元混合粉体。粉体经过压制、烧结、浸渍、洗盐和退火等工艺制备出钨铼锇三元混合基阴极,经过411盐浸渍后,脉冲发射测试发现三元混合基阴极中成分为W... 详细信息

采用固液混合法制备出铼钨核壳粉体,然后加入锇粉经预处理后制备出具有特殊包覆结构的三元混合粉体。粉体经过压制、烧结、浸渍、洗盐和退火等工艺制备出钨铼锇三元混合基阴极,经过411盐浸渍后,脉冲发射测试发现三元混合基阴极中成分为W2Re1Os1阴极的电子发射性能最好,在1050℃电流发射密度能够达到35A/cm^(2),电流发射密度略高于同类型的二元混合基阴极,达到覆钨铼锇三元膜阴极的水平。通过实验验证在钨铼锇三元混合基阴极浸渍过程中,Re和Os与活性盐均不发生反应,活性物质是由W和活性盐反应产生的。

关键词：混合基阴极电子发射钨铼锇

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外场作用下的自修复功能高分子

高分子通报 2024年

作者：张泽平容敏智章明秋聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室广东省高性能树脂基复合材料重点实验室中山大学绿色化学与分子工程研究院中山大学化学学院

含有特定官能团、分子结构或者功能填料的功能高分子材料在电子信息、能源、生物医用等高新技术领域有着广阔的应用前景。由于功能高分子材料在制造和使用过程中，不可避免地会遭受损伤，以及化学成分和分子结构的变化，从而导致功能的... 详细信息

含有特定官能团、分子结构或者功能填料的功能高分子材料在电子信息、能源、生物医用等高新技术领域有着广阔的应用前景。由于功能高分子材料在制造和使用过程中，不可避免地会遭受损伤，以及化学成分和分子结构的变化，从而导致功能的衰减甚至丧失。自修复功能高分子可以在一定的外场作用下，通过化学或物理作用，实现非结构功能的恢复，显著提高材料的服役寿命和耐久性。本文综述了机械力、电场、光、微波、磁场、直接加热、湿度/水和化学试剂等外场条件激发的自修复功能高分子的研究进展，并仔细分析了各类激发方法的基本原理、实施过程和特点。在此基础上，进一步讨论了该领域的挑战和发展趋势，希望能推动自修复功能高分子材料的实际应用发展。

关键词：自修复外场作用功能恢复功能高分子高分子复合材料

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共溶剂作用下锌沉积界面行为

硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2254-2263页

作者：许宏吉高睿胡灵龙马静怡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长春130103

电解液共溶剂改性方法是一种调控金属锌负极沉积的有效方式。本文以添加四乙二醇二甲醚(TEGDME)为共溶剂的硫酸锌电解液体系为研究对象,通过准原位原子力显微镜(AFM),原位石英晶体微天平(E-QCM)和原位阻抗时域分析(EIS-DRT)对共溶剂化... 详细信息

电解液共溶剂改性方法是一种调控金属锌负极沉积的有效方式。本文以添加四乙二醇二甲醚(TEGDME)为共溶剂的硫酸锌电解液体系为研究对象,通过准原位原子力显微镜(AFM),原位石英晶体微天平(E-QCM)和原位阻抗时域分析(EIS-DRT)对共溶剂化作用对金属锌负极沉积行为的影响进行了多尺度详细研究。首次从微观角度揭示了共溶剂可以通过影响双电层结构,稳定局域电场来调控金属锌的沉积行为。该工作为后续共溶剂体系的开发和水系锌离子电池的机理解析提供了一种全新的研究思路和研究角度。

关键词：金属锌负极枝晶共溶剂作用原子力显微镜电化学阻抗

基于光化学反应的自修复高分子研究现状及展望

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中国科学：化学 2024年第9期54卷 1534-1548页

作者：张泽平容敏智章明秋聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室/广东省高性能树脂基复合材料重点实验室/中山大学绿色化学与分子工程研究院/中山大学化学学院广州510275

光照可以触发光化学自修复高分子所含光敏基团的光化学反应,从而促进大分子链的扩散、渗透和缠结,并在裂纹面间重建新的化学键,实现损伤修复,在智能涂层、光学材料和器件、软体光致动器、可穿戴柔性电子等领域具有广阔的应用前景.光作... 详细信息

光照可以触发光化学自修复高分子所含光敏基团的光化学反应,从而促进大分子链的扩散、渗透和缠结,并在裂纹面间重建新的化学键,实现损伤修复,在智能涂层、光学材料和器件、软体光致动器、可穿戴柔性电子等领域具有广阔的应用前景.光作为一种清洁能源,环境友好且廉价易得,而且具有高时空分辨率,能方便地进行时间和空间维度的控制,有助于远程激活和局部区域自修复.本文从光化学反应的类型出发,即光可逆环加成反应、光致异构化反应、动态可逆交换反应和解离-结合平衡反应,综述了含不同光敏单元自修复高分子的结构特征、修复机制和研究进展,并在此基础上进一步分析了该新兴领域的挑战和发展趋势.

关键词：光化学自修复可逆键光可逆环加成反应光致异构化反应动态可逆交换反应解离-结合平衡反应

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热致变色智能窗户材料研究进展

科学通报 2024年第20期69卷 2898-2909页

作者：王定坤陈国旗付俊中山大学材料科学与工程学院聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室广东省功能生物材料工程技术研究中心广州510006

窗户是建筑中的重要组成部分,也是室内外热交换的重要组件.频繁的热交换会增加室内能源消耗.节能型智能窗户可以调节室内外热交换,减少建筑能源消耗,符合低碳发展理念.热致变色智能窗户根据环境温度变化被动地调节太阳光辐射,无需额外... 详细信息

窗户是建筑中的重要组成部分,也是室内外热交换的重要组件.频繁的热交换会增加室内能源消耗.节能型智能窗户可以调节室内外热交换,减少建筑能源消耗,符合低碳发展理念.热致变色智能窗户根据环境温度变化被动地调节太阳光辐射,无需额外输入能量,可以有效调节室内温度,在建筑节能领域具有潜在的应用价值.热致变色材料是在临界转变温度附近发生可逆相变的温度响应材料,相变前后伴随着显著的透射率/反射率变化,具有优异的太阳光调节能力,是构造热致变色智能窗的关键.本文重点介绍了VO_(2)、水凝胶、钙钛矿、离子液体和液晶5种代表性材料的热响应机理,系统地阐述了它们在智能窗户中的工作原理、最新研究进展以及仍需解决的科学问题,展望了热致变色智能窗户的发展方向.

关键词：热致变色智能窗户临界转变温度可逆相变建筑节能

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铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展

物理化学学报 2024年第4期40卷 107-130页

作者：丁慧伟彭博王志豪韩巧凤南京理工大学软化学与功能材料教育部重点实验室南京210094

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方... 详细信息

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方案。因此,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本,在光催化领域受到欢迎。然而,纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题,导致光催化性能低。为了克服这些限制,人们设计了各种策略,比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中,元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂,我们将其分为三类:碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属掺杂,并详细介绍了每种掺杂的优缺点。非金属掺杂则被分为卤素掺杂和非卤素掺杂,并重点研究非金属掺杂对铋基材料的影响。此外,我们还纵向比较了每个元素的优点。结合最近的研究进展,简要介绍了结合金属和非金属元素优点的共掺杂。对于金属沉积,我们主要从肖特基势垒和局域表面等离子体共振(LSPR)效应两个方面介绍了对Bi基材料的影响。最后,我们也呈现了金属或非金属改性Bi基光催化剂目前面临的挑战和前景。

关键词：铋基光催化剂金属掺杂非金属掺杂共掺金属沉积电子结构

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机器学习辅助的WC-Co硬质合金硬度预测

物理学报 2024年第12期73卷 300-310页

作者：宋睿刘雪梅王海滨吕皓宋晓艳北京工业大学材料科学与工程学院新型功能材料教育部重点实验室北京100124

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能,受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系.本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测.建立了以硬质合金硬度为目标变量,以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特... 详细信息

硬度是硬质合金材料的一项典型代表性能,受多种因素的影响且各因素间常存在关联关系.本文旨在获得WC-Co硬质合金硬度的关键影响因素并实现硬度的高通量预测.建立了以硬质合金硬度为目标变量,以原料成分、烧结工艺和烧结体表征信息为特征的数据集;通过对特征的皮尔逊相关系数和SHAP分析,发现WC晶粒尺寸和Co含量对硬质合金硬度的影响最为显著.基于机器学习的支持向量机、多项式回归、梯度提升决策树、随机森林等算法,分别构建了硬质合金硬度预测模型.采用10折交叉验证方法对模型进行定量评估,结果表明梯度提升决策树算法模型具有最高的精度和较强的泛化能力,是最适合硬质合金硬度预测的机器学习方法.基于优选模型的高通量预测数据,采用多项式回归算法确定了硬质合金硬度与Co含量和WC晶粒尺寸之间的定量关系,预测准确率达到0.946.本研究为硬质合金性能的准确高效预测提供了数据驱动方法,可为高性能硬质合金材料的设计研发提供重要参考.

关键词：硬质合金硬度机器学习高通量预测

用于光辅助海水电池的新型有机/无机p-n异质结阵列光电极的构筑及性能研究

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中国科学：化学 2024年第9期54卷 1587-1595页

作者：杨毅林祎张洋潘耀政杨帆王孝通余丁山聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室广东省高性能聚合物基复合材料重点实验室广东省高等学校功能分子工程基础研究卓越中心中山大学化学学院广州510006 中山大学化学工程与技术学院珠海519082

钠-氧海水电池作为一种新型的储能技术备受关注,但其受天然海水介质影响存在氧电极反应动力学缓慢等局限,限制了其实际应用.本研究基于分子设计和纳米技术构筑了一种富含苯并噻二唑的p型聚合物(BK)包覆的n型氧化钛纳米棒异质结阵列光电... 详细信息

钠-氧海水电池作为一种新型的储能技术备受关注,但其受天然海水介质影响存在氧电极反应动力学缓慢等局限,限制了其实际应用.本研究基于分子设计和纳米技术构筑了一种富含苯并噻二唑的p型聚合物(BK)包覆的n型氧化钛纳米棒异质结阵列光电极(BK@TiO_(2)),通过挖掘两组分的优势和多尺度协同作用,探究异质结效应和大规模阵列的结构优势,使得BK@TiO_(2)光电极实现了良好的光电流响应和双功能氧催化活性.利用BK@TiO_(2)组装而成的光辅助钠-氧海水电池可耦合外加光场,并利用光生载流子加速海水电池反应动力学,在光照下实现了同步增强的充电和放电性能.在0.05 m A cm^(-2)电流密度下,电池的充电电压从黑暗条件下的4.6 V ***/Na^(+)下降至光照条件下2.2 V ***/Na^(+),而放电电压从1.4 V ***/Na^(+)提升至1.8 V ***/Na^(+),实现了电池往返效率的显著提升(从30.4%上升至81.8%).结果表明,外层BK聚合物不仅可作为空穴捕获层,与内层TiO_(2)形成的p-n结可诱导强的内建电场,显著增强光生电荷的空间分离效率,还能够作为双功能氧催化活性层,实现光增强的电化学性能.

关键词：光辅助电池海水电池有机/无机光电极 p-n异质结氧催化