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北大Nature Mater.,任詠華、崔屹、邱介山、陳忠偉、馮新亮、毛宗萬、欒新軍等成果速遞20200716
納米人 2020-07-20
1. Nature Materials綜述:半金屬光電探測器

北京大學(xué)孫棟、天津大學(xué)劉晶等最近對半金屬材料在高性能光電探測器中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和展望,對半金屬光電探測器中的暗電流較大等缺點和問題進(jìn)行總結(jié),并嘗試通過拓?fù)湫?yīng)克服其缺點。
 
本文要點:
作者對半導(dǎo)體光電探測器和半金屬光電探測器的性能進(jìn)行比較,由于窄帶隙半導(dǎo)體材料制作的探測器中由于固有的缺陷,比如較小帶隙引入了暗噪聲現(xiàn)象。相比而言,半金屬材料在能耗,響應(yīng)速度等方面有一定優(yōu)勢,但是同樣有暗噪聲問題。作者認(rèn)為半金屬光電探測器的發(fā)展能夠在拓?fù)洳牧系拈_發(fā)、光電探測器的結(jié)構(gòu)、材料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建、量子自由度的調(diào)控等方面。這種拓?fù)湫?yīng)能夠通過對手性、量子幾何效應(yīng)、表面態(tài)等作用的應(yīng)用改善光電探測器的性能。比如韋爾半金屬中的拓?fù)湫?yīng)能通過提高電流響應(yīng)改善光電探測器的性能。

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Liu, J., Xia, F., Xiao, D. et al. Semimetals for high-performance photodetection. Nat. Mater. (2020).
DOI:10.1038/s41563-020-0715-7
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0715-7
 

2. Nature Materials:扭角α-MoO3極化子的觀測

Moiré工程目前在調(diào)控二維范德瓦爾斯扭角材料的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性質(zhì)中展現(xiàn)了非常好的性能,Moiré工程通過對特定Moiré超晶格進(jìn)行特定小角度的扭轉(zhuǎn)實現(xiàn)。奧本大學(xué)Siyuan Dai?等報道了在α-MoO3中通過在0°~90°鍵廣泛的扭角,實現(xiàn)了納米級別光-物質(zhì)波-聲子極化子的相互作用,通過實驗結(jié)合理論計算方法解釋了在一定扭角中極化波前形貌和拓?fù)滢D(zhuǎn)換相關(guān)現(xiàn)象。和Moiré超晶格中的電子能帶結(jié)構(gòu)不同之處在于,這種極化扭曲組態(tài)是由于堆疊α-MoO3材料中的雙曲型極化子中的電磁相互作用導(dǎo)致,以上結(jié)果展示了扭曲α-MoO3作為納米光子學(xué)器件中的廣泛應(yīng)用前景。
 
本文要點:
α-MoO3扭曲堆疊材料中的光子極化子的觀測在散射型掃描近場光學(xué)顯微鏡(s-SNOM)上進(jìn)行。分別在扭角δ=0°,20°,63°,81°,90°中進(jìn)行觀測,具體觀測了納米尺度的特定波數(shù)(915 cm-1910 cm-1920 cm-1905 cm-1)紅外納米成像情況,觀測了電磁相互作用情況變化。作者將這種扭角變化導(dǎo)致的極化子變化歸結(jié)于頂部、底部中的聲子極化子電磁相互作用。

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Chen, M., Lin, X., Dinh, T.H. et al. Configurable phonon polaritons in twisted α-MoO3Nat. Mater. (2020). 
DOI:10.1038/s41563-020-0732-6
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0732-6
 

3. Nature Materials:聚胸腺嘧啶-三聚氰胺雙鏈體用于組裝DNA納米材料

DNA雙鏈體結(jié)構(gòu)的多樣性受到氫鍵基序的二元對的限制。于此,美國普渡大學(xué)毛成德教授、美國肯特州立大學(xué)茅涵斌教授、加拿大麥吉爾大學(xué)Hanadi F. Sleiman等人顯示聚胸腺嘧啶在三聚氰胺(一種小分子,呈現(xiàn)出腺嘌呤的三倍氫鍵面)的存在下自締合成反平行的右手雙鏈體。
 
本文要點:
1)X射線晶體學(xué)分析顯示,在復(fù)合物中,兩條聚胸腺嘧啶鏈纏繞在三聚氰胺的螺旋柱上,三聚氰胺的氫鍵結(jié)合在其三個面上的兩個胸腺嘧啶殘基上。胸腺嘧啶-三聚氰胺-胸腺嘧啶三重態(tài)的機械強度超過了腺嘌呤-胸腺嘧啶堿基對的機械強度,從而能夠靈敏檢測3pM的三聚氰胺。
2)聚胸腺嘧啶-三聚氰胺雙鏈體與天然DNA堿基對正交,并且可以進(jìn)行鏈置換,而無需突出端。它被并入二維網(wǎng)格和雜化DNA小分子聚合物中,突顯了聚胸腺嘧啶-三聚氰胺雙鏈體是DNA納米技術(shù)的另一種工具。
 
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Li, Q., et al. A poly(thymine)–melamine duplex for the assembly of DNA nanomaterials. Nat. Mater. (2020).
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0728-2
 

4. Joule:早期氫氣檢測預(yù)防鋰電池爆炸和著火

Li離子電池的安全性導(dǎo)致其容易發(fā)生著火、爆炸等問題,這些通常是由Li枝晶的生長導(dǎo)致,并且是隔膜穿孔和電池短路的主要原因,但是此類過程難以在早期被發(fā)現(xiàn)。因此,斯坦福大學(xué)崔屹、鄭州大學(xué)金陽等開發(fā)了一種高敏感度檢測方法,通過H2氣體的捕捉過程檢測電池中的Li枝晶生長情況,其中H2的產(chǎn)生通過金屬Li和聚合物粘結(jié)劑之間的反應(yīng)生成,并且作者發(fā)現(xiàn)即使Li枝晶的生成量極少(~2.8×10-4 mg,50 μm),該過程依然能夠非常靈敏的引起生成H2。在8.8 kwh LiFePO4-石墨電池中,作者發(fā)現(xiàn)H2CO,CO2HCl,HF,SO2等氣體,并且H2首先被測試發(fā)現(xiàn),該檢測時間提前于發(fā)煙過程時間達(dá)到639 s,比著火時間提前769 s。作者發(fā)現(xiàn)當(dāng)H2被發(fā)現(xiàn)后,能夠及時阻止Li枝晶繼續(xù)生長,阻止發(fā)煙和燃燒。
 
本文要點:
這種對電池安全性的測試過程是通過對Li金屬和商業(yè)普遍使用的聚合物電解液(PVDF、SBR、CMC)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的H2進(jìn)行檢測實現(xiàn),當(dāng)產(chǎn)生的H2通過氣閥溢出鋰電池后,其能夠快速被H2的氣體傳感器捕獲,并指示了Li電池可能會發(fā)生燃燒。該技術(shù)無需修改商業(yè)化的Li電池的結(jié)構(gòu),通過H2氣體傳感器進(jìn)行檢測的方法價格低廉,并且技術(shù)方案實施簡單。

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Yang Jin, et al. Detection of Micro-Scale Li Dendrite via H2 Gas Capture for Early Safety Warning, Joule 2020
DOI:10.1016/j.joule.2020.05.016
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30234-8
 

5. Matter: 激光輻照合成電極材料用于能量存儲和轉(zhuǎn)換

激光輻照技術(shù)可實現(xiàn)在低功耗下快速、精準(zhǔn)以及高度可控的材料加工,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。由于在缺陷可控引入、異質(zhì)結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)構(gòu)筑以及一體化電極原位制備等方面具有獨特的優(yōu)勢,激光輻照技術(shù)近年來在用于電化學(xué)能量儲存和轉(zhuǎn)換的電極材料的制備合成方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
 
有鑒于此,北京化工大學(xué)邱介山、中國石油大學(xué)吳明鉑、胡涵教授等人,綜述了激光輻照技術(shù)在電極材料制備及改性方面的研究進(jìn)展,強調(diào)了其在缺陷、異質(zhì)結(jié)以及一體化電極構(gòu)筑等方面的優(yōu)勢。
 
本文要點:
1)首先簡單介紹了激光輻照技術(shù)的原理,然后分析了激光輻照參數(shù)對材料結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,總結(jié)了利用激光輻照技術(shù)調(diào)控納米碳、金屬以及化合物納米晶等電極材料的研究進(jìn)展和應(yīng)用特性,最后討論了該領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)及未來的發(fā)展趨勢。
2)激光輻照技術(shù)在電極材料的多尺度精準(zhǔn)調(diào)控方面具有獨特的優(yōu)勢,在過去的十年里取得了巨大的進(jìn)展,但這一領(lǐng)域的研究仍處于起步階段,仍面臨一些挑戰(zhàn):
1)通過激光輻照技術(shù)調(diào)控電極材料的機理仍不明確,限制了研究人員根據(jù)實際需要設(shè)計激光輔助加工過程的可能性;2)激光輻照過程對工藝參數(shù)高度敏感,對于不同實驗室研究成果間的比較帶來了困難。
3)隨著對激光輻照技術(shù)的深入研究,有助于研究人員精確掌握不同材料/原料在激光輻照下的結(jié)構(gòu)演化規(guī)律,根據(jù)器件的實際使用需求定制電化學(xué)能源存儲/轉(zhuǎn)化材料。
 
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Han Hu et al. Laser Irradiation of Electrode Materials for Energy Storage and Conversion. Matter, 2020.
DOI: 10.1016/j.matt.2020.05.001
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.05.001
 

6. Chem:碘苯一鍋修飾苯甲酰、烯丙基、芐基三官能團(tuán)

多官能團(tuán)芳烴是重要的化學(xué)工業(yè)品,為了改善這種多官能團(tuán)芳烴的合成,西北大學(xué)欒新軍、麥吉爾大學(xué)Jean-Philip Lumb等報道了一種使用Catellani 平臺方法用于構(gòu)建多官能團(tuán)的芳烴分子,該方法中具體通過將芳基碘化物鄰位上沒有取代基的分子簡單一步修飾三種不同結(jié)構(gòu)的取代基,該方法中具有區(qū)域選擇性和化學(xué)選擇性,并且該方法中展示了遠(yuǎn)程取代基對Pd(II)中間體結(jié)構(gòu)的影響。在Catellani反應(yīng)的發(fā)展歷程中,中間體的結(jié)構(gòu)長期以來一直受到關(guān)注,但是其中鄰位效應(yīng)一直是無法避免的。作者發(fā)現(xiàn)了基于這種鄰位效應(yīng)進(jìn)行設(shè)計反應(yīng)非常有效,并實現(xiàn)了對芳基碘化物的復(fù)雜合成。進(jìn)一步的,作者認(rèn)為這種反應(yīng)機理過程不僅僅能夠?qū)atellani平臺有作用,這種反應(yīng)可能在合成其他類型的多官能團(tuán)芳烴中得以展現(xiàn)其應(yīng)用前景。
 
本文要點:
反應(yīng)優(yōu)化。通過1倍量碘苯(1a),1.5倍量苯甲酸酐(2a),1.5倍量苯甲溴(3a),1.2倍量丙烯酸叔丁酯(4a)作為反應(yīng)物,在10 mol % PdCl220 mol % P(2-furyl)3配體的催化體系中,加入2倍量的和4倍量的Cs2CO3,在90 ℃中的THF或二氧六環(huán)中反應(yīng)。實現(xiàn)了在碘取代為烯丙基叔丁酯,鄰位分別修飾苯甲酰基、芐基。
 
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Jing Wang, et al. Regioselective Synthesis of Polyfunctional Arenes by a 4-Component Catellani Reaction, Chem 2020
DOI:10.1016/j.chempr.2020.06.021
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929420303028
 

7Chem. Soc. Rev.綜述:用于高能鋰金屬電池的高安全性鋰金屬負(fù)極開發(fā)策略和觀點

開發(fā)高安全性的鋰金屬負(fù)極(LMAs)對高能鋰金屬電池(LMBs)的應(yīng)用,特別是Li-S和Li-O2電池系統(tǒng)的應(yīng)用具有極其重要的意義。然而,不可避免的鋰枝晶生長問題給任何儲能應(yīng)用均帶來了嚴(yán)重的安全問題。近幾十年來,為解決上述安全問題付出了巨大努力。一些新興的策略被用來抑制鋰枝晶的生長,如調(diào)節(jié)LMA的界面,優(yōu)化電解質(zhì)配方,設(shè)計納米LMAs和開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)等。

有鑒于此,為開發(fā)和進(jìn)一步推動未來用于高能LMBs的高安全性LMAs,河南師范大學(xué)白正宇教授,加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士,阿貢國家實驗室Khalil Amine綜述了為改善枝晶鋰生長引起的安全問題的一些新策略,并總結(jié)一些最新的研究方法、新的復(fù)合材料以及新興的表征技術(shù)。
 
本文要點:
1)作者首先詳細(xì)描述了鋰枝晶的形成和生長機制。
2)其次,作者詳細(xì)介紹了LMAs在LMBs中的主要發(fā)展路線。
3)接著作者總結(jié)了最近出現(xiàn)的一些開發(fā)高安全性LMAs的策略和前景,這些策略和前景可分為五類:(i)界面化學(xué)調(diào)節(jié);(ii)優(yōu)化電解質(zhì)成分;(iii)為LMA設(shè)計合理的“宿主”;(iv)優(yōu)化“SSEs”;(V)開發(fā)高能LMA的其他新興策略。
4)最后,作者通過表征技術(shù)的不斷發(fā)展以及納米技術(shù)的進(jìn)步,從原始的液體電解質(zhì)到最終的溶液“SSEs”,明確了高安全性LMAs的實現(xiàn)途徑。
 
總之,該綜述旨在介紹最近出現(xiàn)的一些策略,并為改善鋰枝晶生長引起的安全問題提供一些具有前瞻性的觀點,為實現(xiàn)高安全性LMBs的實際應(yīng)用提供指導(dǎo)。
 
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Dai-Huo Liu, et al, Developing high safety Li-metal anodes for future high-energy Li-metal batteries: strategies and perspectives, Chem. Soc. Rev., 2020
DOI: 10.1039/c9cs00636b
https://doi.org/10.1039/c9cs00636b
 

8EES:工程化質(zhì)子供給中心促進(jìn)氮摻雜層狀多孔碳的氧還原動力學(xué)

電催化氧還原反應(yīng)(ORR)是下一代電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)(例如金屬空氣電池和燃料電池)的重要反應(yīng)過程。在ORR過程中,O2*和O*中間體主要與質(zhì)子結(jié)合,分別形成OOH*和OH*物種,這是質(zhì)子耦合的電子轉(zhuǎn)移過程。不幸的是,在堿性條件下,質(zhì)子基本上是由緩慢的水解離過程產(chǎn)生的,這不可避免地限制了ORR動力學(xué)。
 
近日,德國德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮教授,西北工業(yè)大學(xué)Jian Zhang報道了以均勻分布的超細(xì)α-MoC納米粒子(α-MoC/NHPC)為模型電催化劑,設(shè)計并合成了氮摻雜層狀多孔碳。
 
本文要點:
1)研究人員利用用氯化鈉輔助熱解Mo12/ZIF-8前驅(qū)體合成α-MoC/NHPC電催化劑。首先,通過Zn(NO3)2?6H2O(2.97 g)和2-甲基咪唑(3.28 g)在含有磷鉬酸(Mo12,60 mg)的160 mL甲醇溶液中室溫共沉淀24 h制備了Mo12/ZIF-8。然后,將得到的Mo12/ZIF-8(100 mg)與NaCl(35 mg)物理混合,然后在900°℃氮氣氣氛下加熱2 h。洗滌干燥后,得到α-MoC負(fù)載量為5.0 wt%的α-MoC/NHPC。
2)TEM圖像顯示,平均直徑為3 nm的α-MoC納米粒子均勻地修飾在NHPC上。HAADFSTEM和EDX元素圖譜揭示了C,N和Mo元素在α-MoC/NHPC上的均勻分布。同時,納米顆粒中Mo元素分布均勻。XRD分析進(jìn)一步證實了α-MoC/NHPC的晶體結(jié)構(gòu)。
3)理論研究表明,NHPC上的α-MoC能有效地降低水解離過程中產(chǎn)生質(zhì)子的能壘,最終促進(jìn)質(zhì)子耦合的ORR動力學(xué)。
4)0.1 M KOH水溶液中,aα-MoC/NHPC表現(xiàn)出優(yōu)異的儲氫性能,半波電位高達(dá)0.88 V(vs.可逆氫電極),優(yōu)于NHPC和商用Pt/C。此外,作為鋅空氣電池的空氣電極,α-MoC/NHPC具有200.3 mW cm-2的高峰值功率密度和長期穩(wěn)定性。
 
質(zhì)子供給中心工程化策略為闡明ORR動力學(xué)和開發(fā)高性能ORR電催化劑開辟了一條新的途徑。
 
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G. Chen, et al. Promoted Oxygen Reduction Kinetics on Nitrogen-doped Hierarchically Porous Carbon by Engineering Proton-feeding Centers, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/D0EE01613F
https://doi.org/10.1039/D0EE01613F
 

9. Angew:具有超大斯托克斯位移的多色鉑絡(luò)合物用于自溶酶體逃逸的超分辨率成像

以超分辨率實時跟蹤鉑類藥物,闡明其作用機理,例如其行為和在活細(xì)胞中的分布,對于藥物開發(fā)具有重要意義。然而,設(shè)計適合于這種研究的鉑絡(luò)合物還具有挑戰(zhàn)性。近日,中山大學(xué)毛宗萬美國辛辛那提大學(xué)Jiajie Diao香港大學(xué)任詠華院士等設(shè)計了具有發(fā)光性質(zhì)的配體(L),并合成了用于超分辨率成像的雙核鉑配合物(Pt2L)。
 
本文要點:
1)作者通過L的兩個吡啶基團(tuán)與Pt(dien)(dien:二亞乙基三胺)配位,獲得了該雙核鉑絡(luò)合物Pt2L([{Pt(dien)}2L](NO3)5)。
2)實驗發(fā)現(xiàn),Pt2L具有超大的斯托克斯位移和出色的光物理特性,可以作為具有超低發(fā)光背景和高抗光漂白性的超分辨率成像的理想選擇。
3)此外,在光刺激下,作者觀察到了Pt2L從自溶酶體逃逸到核的物質(zhì)通量,這代表了新的運輸途徑。利用光活化逃逸特性,作者可以通過光選擇性調(diào)節(jié)Pt2L從自溶酶體到核可及性,這為提高鉑藥物的靶向性提供了一種新途徑。
該工作報道了一種構(gòu)建鉑配合物的構(gòu)筑單元(L),并提供了具有優(yōu)異光學(xué)性能和超大斯托克斯位移的鉑配合物的設(shè)計指導(dǎo),用于以超高的分辨率研究體內(nèi)鉑配合物的行為,從而促進(jìn)了鉑類藥物的發(fā)展。
(L=2-(4-(bis(4-(pyridin-4-yl)phenyl)amino)styryl)-1-methylquinolin-1-ium iodide)
 
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Liu-Yi Liu, et al. Multiple‐Color Platinum Complex with Super‐Large Stokes Shift for Super‐Resolution Imaging of Autolysosome Escape. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202007878
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007878
 

10. Angew:通過膠束定向界面組裝制備二維介孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)

二維(2D)介孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有超薄納米片的形態(tài),周期性的多孔表面結(jié)構(gòu)和多樣的雜化成分,在可再生能源存儲和電子學(xué)領(lǐng)域至關(guān)重要。然而,開發(fā)通用的制備二維介孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日,日本國立材料研究所Yusuke YamauchiBing Ding吉林大學(xué)Bu Yuan Guan等報道了一種復(fù)合膠束導(dǎo)向的界面組裝方法,利用超薄的2D材料和在兩側(cè)組裝的兩個周圍的介孔單層合成垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
 
本文要點:
1)為了證明這一概念,作者首先通過MXene納米片和嵌段共聚物F127 /三聚氰胺-甲醛樹脂復(fù)合膠束的自組裝以及隨后的熱處理,制備了新的類似三明治結(jié)構(gòu)的碳@MXene@碳介孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
2)該方法具有通用性,可以應(yīng)用于其它2D材料(例如,氧化石墨烯,鈮酸鉀納米片和沸石咪唑酸鹽骨架)。
3)作者還將碳@ MXene @碳介孔異質(zhì)納米片用作鋰硫電池的陰極,實驗表明,其具有顯著增強的電化學(xué)性能。
 
該工作為制備具有定制的孔徑,層厚和化學(xué)成分的2D中孔異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料用于不同應(yīng)用提供了一個平臺。

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Jie Wang, et al. Universal Access to Two‐Dimensional Mesoporous Heterostructures via Micelle‐Directed Interfacial Assembly. Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI: 10.1002/anie.202007063
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007063
 

11. Angew:不規(guī)則介孔納米顆粒界面組裝制備大孔/介孔納米殼的研究

介孔核殼納米結(jié)構(gòu)在其納米殼層中含有可控的超大開放通道,對于開發(fā)新的催化平臺、電化學(xué)能量存儲系統(tǒng)和生物大分子載體具有重要意義。然而,利用軟模板指導(dǎo)的介孔納米殼的協(xié)作組裝仍然是一個重大挑戰(zhàn),這些介孔納米殼具有大于30 nm的高度可接近的孔,甚至超過50 nm的大孔范圍。
 
近日,吉林大學(xué)關(guān)卜源教授,日本國立材料研究所Yusuke Yamauchi報道了一種在不同功能顆粒上生長具有可控超大開孔通道的大孔/介孔聚合物和碳納米殼的通用方法。作為示例,研究人員使用膠體Fe2O3棒作為核心材料,在Fe2O3棒表面可以異質(zhì)組裝成介觀結(jié)構(gòu)納米級的高質(zhì)量的大介孔聚多巴胺納米殼,以形成核殼納米結(jié)構(gòu)。
 
本文要點:
1)采用了一種獨特的具有不規(guī)則雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的介觀嵌段共聚物F127/P123-聚多巴胺納米復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)單元,它使界面以松散堆積的方式組裝,產(chǎn)生了大量的宏觀/介觀結(jié)構(gòu)的粒子間空間。
2)通過精確控制組裝和熱解過程,形成了具有從~10 到~200 nm的超大開放通道的多孔納米殼,以及最大孔徑達(dá)到~500 nm的更復(fù)雜的雙層納米殼。進(jìn)一步研究表明,大/介孔聚合物和碳納米粒子在不同的功能粒子上均有很好的催化活性,包括MnOx納米線、SiO2@TiO2核殼微球、氧化石墨烯(GO)納米片以及Co-Co普魯士藍(lán)類似物(PBA)立方體。
3)所制備的Fe,N摻雜層狀多孔碳納米殼層在堿性條件下對氧還原反應(yīng)(ORR)表現(xiàn)出較高的電催化性能。
 
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Guangrui Chen, et al, General Formation of Macro-/Mesoporous Nanoshells from Interfacial Assembly of Irregular Mesostructured Nanounits, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI:10.1002/anie.202007031
https://doi.org/10.1002/anie.202007031
 

12. Angew:電池中有空位的銳鈦礦中鋁離子插入機制的原子見解

鋁電池是一種安全、可持續(xù)的高能量密度電化學(xué)儲能解決方案。高性能鋁離子電池需要合適的電極材料,能夠很容易地嵌入具有高電荷的Al3+。近日,法國索邦大學(xué)Damien Dambournet報道了銳鈦礦型TiO2Al3+插層化學(xué),以及化學(xué)修飾如何影響Al3+的吸附。
 
本文要點:
1)研究人員使用氟化物和氫氧化物摻雜來產(chǎn)生高濃度的鈦空位。這些雜陰離子和鈦空位的共存導(dǎo)致復(fù)雜的插入機制,這歸因于三種不同類型的宿主位點:天然間隙位點,單個Ti空位位點和成對的Ti空位位點。
2)研究發(fā)現(xiàn),Al3+會在修飾的TiO2結(jié)構(gòu)內(nèi)引起強烈的局部變形,從而影響相鄰宿主位點的插入特性。
 
總體而言,在設(shè)計用于多價電池的新型電極材料時,應(yīng)考慮由高極化Al3+的嵌入引起的特定結(jié)構(gòu)特征。
 
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Damien Dambournet, et al. Atomic Insights into Aluminium-Ion Insertion in Defective Anatase for Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020
DOI:10.1002/anie.202007983
https://doi.org/10.1002/anie.202007983

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