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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    单原子合金的基本原理和催化应用

    孙晓辉宋杨姜桂元蓝兴英...
    1-17页
    查看更多>>摘要：在惰性金属表面掺入原子级分散催化活性金属制备而成的单原子合金近年来引起了科研界的极大关注.单原子合金表面独特的几何和电子性质加速了反应物分子的解离并弱化了中间物种的吸附,使其在诸多催化反应中表现出高活性和高选择性.本文总结了单原子合金的结构特征和催化反应性能的最新进展.我们首先列举了一系列单原子合金的可控合成方法,并进一步总结了高端表征技术,特别是原位光谱技术用于识别单原子合金中活性金属原子的几何和电子结构的方法.然后,我们结合多种催化反应,深入探究了单原子合金的几何与电子特性与催化性能之间的构效关系.最后探讨了单原子合金当前面临的挑战和未来的前景.

    single-atom alloycontrollable synthesisgeometric and electronic propertiessynergistic effectsheterogeneous cat-alysis

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    高分子囊泡领域面临的挑战和未来研究方向

    石隽秋孙青梅王文立李畅...
    18-30页
    查看更多>>摘要：作为细胞中的主要运输系统,天然囊泡在物质的定点输运过程中具有至关重要的作用.高分子囊泡是与之结构相似的一种人工囊泡,具有优异的膜稳定性和胶体稳定性、高药物负载率、低膜穿透性、优异的可修饰性和长循环时间等优势,在生物医用领域具有广泛的应用前景.然而,目前该领域尚面临一系列重要挑战,如合成和制备方法较为复杂、生物相容性较难预测、功能和递送途径有限等,限制了其临床转化之路.本文从囊泡的构建模块合成、自组装技术和潜在的生物医学应用等角度,提出了设计和制备下一代高分子囊泡需要解决的五个关键科学问题,指出了未来面临的重要挑战和发展方向,例如简化设计和合成过程,优化和规范自组装过程,拓展潜在的应用前景.

    polymersomesself-assemblybiomaterials

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    轻质铝基熵合金:概述与未来趋势

    崔立莹张展陈晓光
    31-46页
    查看更多>>摘要：新一代合金——高熵合金的出现,揭示了熵效应在合金设计中的重要意义.受这一概念的启发,轻质铝基熵合金这一概念被提出.随着对低密度结构材料的需求不断增加,这些新型合金在各种应用中具有巨大的潜力.本文综述了轻质铝基熵合金的发展背景、设计原理、制造方法、微观结构和力学性能、高温应用,及其发展前景.通过对当前研究的全面调查,本文重点研究分析了 122种密度低于4.0 g cm-3的铝基熵合金.轻质铝基熵合金可以弥补传统铝和钛合金在机械性能和密度方面的差距.轻质铝基熵合金优异的热稳定性使其有望成为在高温下使用的结构材料.此外,本文还讨论了轻质铝基熵合金领域的未来发展趋势.机器学习作为有效计算工具,可以极大地提高合金的开发效率.

    aluminumentropylightweight alloysmicro-structuremechanical properties

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    降低全聚合物太阳能电池光伏效率的温度依赖性

    张伟超杨镕申乐耀昌程倩...
    47-57页
    查看更多>>摘要：全聚合物太阳能电池(All-PSCs)具有良好的机械稳定性和热稳定性,受到人们的广泛关注.目前,提高全聚合物太阳能电池性能的关键是改善活性层的形貌.本文通过逐层(LBL)工艺,优化了薄膜形貌,实现了更好的电荷产生和传输,增加了激子扩散长度,提高了电荷产量,并抑制了复合损失.此外,本文进一步研究了LBL制备的全聚合物太阳能电池中的激子/电荷行为与温度的依赖性关系.详细的原位光谱测量和光电特性表征表明,独特的形态延长了激子寿命,减少了电荷陷阱,并促进了电荷传输和收集.因此,准双层PM6/PYF-T-o器件的能量转换效率(PCE)显著提高(16.70％).此外,与BHJ器件相比,通过LBL工艺制备的器件,实现了增强的分子有序性,降低了能级混乱度,使得器件填充系数和PCE温度依赖性减弱.本工作为太阳能电池在温度可变环境下的电荷传输行为和光伏性能提供了新的认识,也为其实际应用提供了理论依据.

    all-polymer solar celllayer-by-layer processactiva-tion energytemperature dependencein-situ spectroscopic characterization

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    面向高效稳定钙钛矿太阳能电池埋底界面的推-拉型富勒烯二聚体设计

    王卉郭传航李法宝曾帅...
    58-66页
    查看更多>>摘要：钙钛矿太阳能电池(PSCs)的界面接触缺陷是影响其性能的重要因素,会引发迟滞效应从而降低转换效率(PCE)并使器件运行稳定性恶化.界面材料通常被用于消除界面缺陷,然而设计兼具优越电荷传输和缺陷钝化能力的高效界面分子仍然面临挑战.本文研究了四种新型推-拉型富勒烯二聚体DC60-R1-R2(R1=H或Cl,R2=H或MeO),并将其作为金属氧化物和钙钛矿之间的界面层.这些富勒烯二聚体之间的极性取代基决定了分子间的相互作用,DC60-Cl-MeO由于其吸电子基团(-C1)与给电子基团(-MeO)之间最强的电子推拉效应,表现出最佳的电荷传输和缺陷钝化能力.DC60-Cl-MeO作为界面材料的未封装平面结构(FAPbI3)x(MAPbBr3)1-x PSC获得最高23.3％的PCE,且无迟滞现象,即使在高湿环境中储存500小时后仍能保持接近100％的初始效率.在一个太阳光强度下,无需任何封装或者惰性气体保护,钙钛矿太阳能电池在最大功率点连续运行的外推TS80寿命(效率下降到初始值的80％)从参比器件的0.5小时延长到1110小时.推-拉型富勒烯分子是极具潜力的钙钛矿太阳能电池界面材料.

    perovskite solar cellscontact interfacepassivationpush-pull effects

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    基于刮涂法制备锂掺杂柔性铜锌锡硫硒薄膜太阳电池

    徐菡葛思洁王滔顾鄂宁...
    67-75页
    查看更多>>摘要：锂掺杂有利于提高铜锌锡硫硒薄膜太阳电池的性能.然而,传统旋涂含锂前驱体溶液的掺杂策略在前驱膜的逐层沉积过程中,由于锂的再溶解而导致大量的锂流失.在本工作中,我们通过刮涂法在柔性钼箔衬底上制备了铜锌锡硫硒薄膜,实现锂的有效掺杂,并进一步研究了锂掺杂对器件性能的影响.随着锂掺杂含量的增加,吸收层晶粒尺寸变大,这可能与硒化过程中锂-硒液相的形成有关.而且,锂可以进入铜锌锡硫硒晶格中,并在吸收层的表面积累,从而钝化缺陷,提升p-n结质量.因此,适量的锂掺杂可以提高器件的性能.此外,本工作探索了锂-钠共掺的影响.有趣的是,与Li-10％样品相比,钠元素的引入增强了吸收层拉曼光谱在328 cm-1处硫的振动信号.10％锂钠共掺可将柔性Cu2ZnSn(S,Se)4薄膜太阳电池的效率进一步从6.62％提高到7.59％.本工作提供了一种基于刮涂法、简单有效的锂掺杂策略,并证明了锂-钠共掺存在相互作用机制.

    Cu2ZnSn(SSe)4doctor-bladinglithium-dopingflexible solar cells

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    通过羧甲基纤维素和硅氧烷的协同作用提升锂离子电池干法正极的循环稳定性

    倪铭韩赵阳许诺孔萌昕...
    76-84页
    查看更多>>摘要：近年来,无溶剂干法电极制备工艺由于其低成本和低污染等优点在锂电池领域获得了广泛关注.然而,现有干法制备工艺中采用的聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂存在粘附力和循环稳定性不足等缺点,限制了其实际工业化应用.我们通过引入羧甲基纤维素(CMC)和硅氧烷作为粘结剂复合材料,发展了一种与现有工业化生产兼容的锂离子电池干法电极制备工艺.CMC和硅氧烷的协同作用增强了电极活性材料的粘附性能,实现了干法电极膜片机械强度和电化学性能的大幅提升.基于这种干法电极工艺制备的铝掺杂锰酸锂(LMA/CS)半电池在1C下循环200圈后展示出79.8％的保持率.进一步地,制备的高负载(20.6 mg cm-2)锰酸锂-钛酸锂全电池(LMA/CS||LTO)实现了 1000圈的超长稳定循环,容量保持率高达89.2％,超过现有基于PTFE粘结剂干法工艺和传统湿法工艺的电池性能.

    lithium-ion batteriesdry processbinderhigh per-formancesiloxane

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    双功能氮氧化钛-碳涂层提升高容量锂离子电池用SiOx的储锂性能

    黄秀换韦秀娟赖国勇陈浩...
    85-92页
    查看更多>>摘要：非化学计量微米氧化硅(SiOx)由于其高理论容量和低成本,有望成为锂离子电池石墨负极材料的替代品.然而,SiOx的实际应用仍然受到其较差的固有导电性和循环过程中明显的体积变化的阻碍.在本工作中,为了同时解决这些问题,我们使用可规模化的溶剂热和热还原方法制备了具有TiO1-yNy-C涂层的SiOx基负极材料(SiOx@TiON-C).我们通过系统性研究发现,TiO1-yNy-C涂层可以适应SiOx循环过程中大的体积变化且有效提高其导电性.因此,SiOx@TiON-C负极具有突出的储锂性能.具体而言,SiOx@TiON-C负极可以在500 mA g-1的电流密度下循环500圈后仍保持750.2 mA h g-1的优异可逆容量,75.1％的初始库仑效率和优异的倍率性能.这项工作为促进下一代锂离子电池微米SiOx基负极材料的实际商业化提供了一种很有前途的方法.

    SiOx-based anodeTiON-C coatinghigh con-ductivitysuperior lithium storage

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    一维p-n结促进锂硫电池中多硫化物的双向转换研究

    王迪闫海龙杨亚程晋炳...
    93-106页
    查看更多>>摘要：锂硫电池中氧化还原反应涉及复杂的多相转化过程,对其性能至关重要.催化转换是缓解穿梭效应的有效策略,但单组分催化剂在双向氧化还原过程中并不能充分发挥作用.为此,我们制备了一维ZnO@NiO核-壳纳米带(CNBs),通过p-n结界面来解决这些问题.自发内置电场(BIEF)诱导界面电荷重新分配,促进了ZnO和NiO之间的电荷和多硫化物的转移.适度的吸附能和多硫化物转化能垒的降低进一步加速了硫的双向转化.ZnO@NiO CNBs阴极在0.1 C下的放电容量为1525.5 mA hg-1,在2 C下循环1000次后,保持了73.60％的容量保持率,相当于每循环损失0.026％的容量.本研究证明了BIEF和异质结构的结合促进了多硫化物的转化,为调控多硫化物氧化还原反应提供了新策略.

    Li-S batteriesshuttle effectsbidirectionalcatalyticp-n junctionslong cycle stability

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    锂硫电池中能同时实现多硫化锂的物理阻挡与化学电催化作用的隔膜修饰层

    吴庆柱李莉媛郑雨爽彭波...
    107-115页
    查看更多>>摘要：锂硫电池的实际应用仍受制于一些挑战,包括氧化还原动力学缓慢和由此引发的穿梭效应等.为解决这些问题,我们巧妙合成了一种由FeS2和分等级多孔碳结构(PCF)组成的隔膜修饰层.这种新颖的结构能同时实现对多硫化锂的物理阻挡与化学电催化效应.多硫化锂扩散实验证实PCF修饰的隔膜能够阻挡多硫化锂的渗透,而飞行时间二次离子质谱表明FeS2能催化多硫化锂快速转化.因此,修饰后的锂硫电池表现出优异的倍率性能(5 C时比容量达764 mA h g-1)及显著的长循环稳定性(1 C时循环500次后比容量为698 mA h g-1).值得注意的是,修饰后的锂硫电池最高面积容量为7.52 mA h cm-2,并且能够在较宽温域(-20至60℃)保持高循环稳定性.本研究为隔膜修饰层的高效应用提供了有价值的见解.

    sluggish reaction kineticsFeS2polysulfide penetra-tion/shuttlingseparator coating layerphysical and chemical strategies

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