首页期刊导航|中国科学：材料科学（英文）
期刊信息/Journal information
中国科学：材料科学（英文）
中国科学：材料科学（英文）
中国科学：材料科学（英文）/EISCI
正式出版
收录年代

    单分子结中的有机自由基

    张雅琦邱仁慧屈恺张成...
    709-728页
    查看更多>>摘要：空气稳定有机自由基的发现引起了人们对探究其在分子电子学和自旋电子学中应用的兴趣.这些自由基具有独特的开壳层电子结构,因而表现出特殊的电学特性.由于其较弱的旋轨耦合特性,也使得其成为自旋电子学的重要研究对象.此外,自由基还可以通过二聚、分子识别和机械互锁等分子间相互作用来构筑超分子器件.本文综述了空气稳定有机自由基在电子学及自旋电子学中的应用,通过详述其卓越的电磁性能来拓展启发分子设计的多样性.本综述还概述了超分子自由基的制备方法和相关性质的研究进展,拓宽了单分子研究的范围.此外,自由基介导的单分子反应是一个新兴的研究方向,本文也对该领域的未来发展方向进行了展望.通过阐明空气稳定有机自由基的应用潜力,本文将有望对分子电子学和自旋电子学的研究产生一定的指导意义.

    air-stable radicalsmolecular electronicsspintronicssupramolecular devices

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    晶体石墨炔的最新研究进展与挑战

    刘心康赵亚松杜江王丹...
    729-751页
    查看更多>>摘要：石墨炔(GYs)是一种新型碳同素异形体,由sp和sp2杂化碳原子组成.其中,石墨双炔(GDY)是目前研究和关注度最广泛的材料.其独特的sp杂化、均匀的孔隙和高度共轭的结构带来了优良的电子、光学和力学特性,其被广泛应用于电子器件、储能和转换、催化、气体分离、海水淡化等领域.然而,GDY材料仍然面临着诸多挑战,包括高结晶GDY的合成和快速无损的表征方法.本文就高结晶度GDY的设计、合成和结构表征进行了综述.本文还描述了GDY在各个领域的应用,为高度均匀的单晶GDY材料带来新的机遇.

    crystalline graphdiynecontrolled synthesisenergy conversionenergy storage

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    一种用于肼氧化-复合海水电解制氢的富吡啶氮碳纸

    马闪闪喻博夏宝玉游波...
    752-761页
    查看更多>>摘要：丰富的中性海水有望替代高纯淡水用于绿氢制备,然而基于过渡金属材料催化的直接海水电解会因析氯反应(C1ER)引发严重的腐蚀问题并造成二次重金属污染,且析氧反应(OER)的动力学缓慢.本工作中,我们报道了一种稳定的富吡啶氮的碳纸(N-CP-800),可以有效地催化肼氧化反应(HzOR),以取代中性海水中的OER用于节能制氢.结合电化学实验、原位衰减全反射-表面增强傅里叶变换红外光谱表征和密度泛函理论计算,我们发现:相较于吡咯氮和石墨氮,zig和arm构型的吡啶氮更有利于决速步(*H+N2H1)的质子脱附,以促进肼氧化反应.因此,N-CP-800在中性介质中进行HzOR时,仅需0.78 V(相对于可逆氢电势)便可达到10 mA cm-2,低于其OER/C1ER竞争反应.当N-CP-800与非贵金属析氢催化剂CoP耦合进行HzOR-复合海水电解时,仅需1.56 V的电压即可达到10 mA cm-2,并能稳定运行200 h,优于Pt/C和RuO2标准电极对催化的海水电解.

    seawater electrolysishydrazine oxidationhydrogen evolutionnitrogen dopingmetal-free carbon

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    氮碳包封Fe3C纳米颗粒作为高效富氧还原电催化剂

    汪翠萍李智雷杰李松...
    762-770页
    查看更多>>摘要：高活性MOF基催化剂的设计和合成为促进动力学不利的氧还原反应(ORR)过程开辟了新的途径.本研究通过在ZIF-8前驱体表面涂覆二茂铁甲酸,然后进行两步炭化工艺,设计和制备了一种具有新型结构的高效电催化剂,以提高ORR性能.两步炭化过程对于将热解Fe3C纳米颗粒封装到碳纳米管(CNTs)中以及将Fe单原子隔离到N掺杂碳(NC)基体上至关重要.此外,Fe元素的相对含量对优化催化剂的ORR性能至关重要.所制得Fe3C@CNTs/NC-M催化剂结构先进,在碱性溶液中表现出良好的长期稳定性和电催化ORR性能,其半波电位和极限电流分别达到0.941 V和6.31 mA cm-2.此外,该电催化剂在甲醇溶液中具有较强的耐受性和良好的稳定性.Fe3C@CNTs/NC-M锌空气电池(ZAB)具有1.525 V的开路电位,420 mA cm-2时的峰值功率密度为348 mW cm-2,10 mA cm-2时的最大容量为843 mA h gzn-1.因此,这种合成策略为构建具有有效和稳定的ORR性能的MOF基电催化材料提供了一条有效途径.

    metal-organic frameworkscarbon nanotubesN-doped carbon matrixoxygen reduction reactionZn-air battery

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    双缺陷工程RuO2/D-Co3O4/CC复合材料作为引发酸性介质中氧析出反应的高效电催化剂

    刘玉洁袁兆朔宋琪徐同广...
    771-779页
    查看更多>>摘要：缺陷工程被认为是提高催化剂性能的有效方法,因为它能使催化剂具有丰富的活性位点和合适的结合能,从而提高催化性能.本文采用简单的电沉积和酸蚀刻方法制备了双缺陷工程RuO2/D-Co3O4/CC(低Ru负载2.42 wt％)复合材料,用于增强酸性介质中的氧析出反应(OER).所制备的RuO2/D-Co3O4/CC催化剂采用物理化学技术进行了深入表征,结果表明催化剂中存在明显的阴离子和阳离子缺陷.实验研究表明具有双重缺陷的优化RuO2/D-Co3O4/CC催化剂暴露了更多的电化学活性位点,有效降低了催化反应对电解质中质子浓度的依赖性,从而触发了高性能的OER.只需要181 mV的过电位就能驱动10 mA cm-2的电流密度,并能在此电流密度下保持连续电解120 h.RuO2/D-Co3O4/CC是一种很有前途的酸性OER电催化剂.

    oxygen evolution reactiondefect engineeringanion defects and cation defects

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    Co3O4中钴空位的精确构筑来促进羟基氧化物的形成加速水氧化反应

    刘志娟汪广进郭锦瑜王燕勇...
    780-787页
    查看更多>>摘要：缺陷位点的引入可以通过增加对反应中间体的亲和力来提高催化剂的催化能力.纳米材料中存在多种缺陷类型,如阳离子缺陷和阴离子缺陷.不同的缺陷位点对电催化性能的贡献不同.因此,构筑缺陷必须精准、明确,以便于确定最优的缺陷类型,促进电化学反应.在这项工作中,我们以钴空位为例,分别成功合成了二价钴空位(Co3O4-VCo(Ⅱ))和三价钴空位(Co3O4-VCo(Ⅲ))的Co3O4.电化学结果表明,钴空位的引入可以显著提高Co3O4的电催化性能.Co3O4-VCo(Ⅱ)表现出最突出的析氧反应(OER)性能,反应动力学速率最快.X射线光电子能谱分析表明,在OER过程中,VCo(Ⅱ)的存在可以使CoOOH活性位点快速形成.密度泛函理论计算表明,钴空位的引入使Co3O4拥有类似金属的导电性.VCo(Ⅱ)的存在使得O p带中心靠近费米能级,自由能势垒降低,电催化剂表面氧交换动力学速率加快,对反应中间体的吸附能最佳,从而表现出优异的电化学性能.本研究为设计高效的富缺陷电催化剂提供了重要指导.

    cobalt vacanciesspinel Co3O4electronic environ-mentcobalt oxyhydroxidesoxygen evolution reaction

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    自支撑BiCu/碳杂化纳米纤维膜高效促进CO2电还原生成甲酸

    宋德文张世鹏宁汇费翔...
    788-795页
    查看更多>>摘要：二氧化碳电还原有利于二氧化碳高价值利用和间歇性电能的存储,是一种极具应用前景的新技术.自支撑催化剂比粉末催化剂在构建电极方面具有明显优势,但缺乏有效的合成方法.本研究采用电纺丝-碳化法合成了一种自支撑的BiCu/碳杂化纳米纤维膜(BiCu/CHNM),可直接用作工作电极在流动池中将二氧化碳还原为甲酸盐,其法拉第效率为87.67％,分电流密度为142.9 mA cm-2.稳定性测试中,甲酸盐的法拉第效率在高偏电流密度(＞100 mA cm-2)下可在50小时内连续保持在80％以上.原位拉曼光谱和密度泛函理论计算证实,铜掺杂降低了Bi(012)平面上HCOO-形成的能垒,同时提高了碳纳米纤维网络的导电性.由于同时具有高导电框架结构和高度分散的BiCu活性位点,这种杂化膜同时表现出高活性、高选择性和长时间稳定性.

    carbon dioxideself-supporting catalystcomposite catalystelectroreduction

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    原位重构限制在三维纳米孔铜内的铋纳米颗粒促电还原CO2

    赵秋玉王静庄严宫磊...
    796-803页
    查看更多>>摘要：由于单金属Bi在CO2还原反应(CO2RR)中效率较低,通过表面工程复合材料提高电导率和产率是一种有吸引力的方法.在此,我们重构了在三维纳米孔铜结构中的原位生长金属Bi纳米颗粒.得益于三维纳米多孔导电网络和Cu与Bi之间的强相互作用,Bi@np-Cu费米能级向上移动,表现出优异的电催化二氧化碳还原性能.Bi@np-Cu在-0.97 V的电位下具有97.7％的甲酸法拉第效率,电流密度为82 mA cm-2.重要的是,该催化剂在连续催化反应40 h后仍能实现超过90％的法拉第效率.DFT计算表明,np-Cu有效地调节了Bi的电子态,优化了中间吸附能,从而提高了Bi的本征活性.这项工作为纳米多孔金属在催化中的应用提供了一个新视角.

    3D nanoporousCO2RRBi nanoparticleelectro-catalysisreconstruction

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    具有增强界面稳定性的阻燃型电解液用于实际锂金属电池

    寇骁航张娇龙李朝林李如宏...
    804-815页
    查看更多>>摘要：开发匹配高电压正极的锂金属电池是实现高能量存储系统的关键.因此,研发可以同时为锂金属负极和高电压正极产生稳定界面相的先进电解液非常必要.LiNO3作为高效的固体电解质界面相添加剂被广泛应用于醚基电解液中,然而其在碳酸脂类电解液中的低溶解性严重限制了其在高压锂金属电池中的应用.本文利用磷酸三甲酯助溶剂提高LiNO3在碳酸乙基甲酯/氟代碳酸乙烯酯电解液中的溶解度,并赋予电解液阻燃性能.此外,通过添加双草酸硼酸锂(LiBOB)进一步提高正负极的界面稳定性.结果表明,该电解液对锂金属负极和高电压层状氧化物正极均具有较高的兼容性.在2.8-4.3 V电压范围内,Li||LiCoO2和Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)电池在 1.2 mA cm-2电流密度下循环300周后的容量保持率分别为80.2％和84.2％.更令人惊喜的是,负/正极容量比为3.33的Li||NCM811电池在相同的充放电条件下循环150周后的容量保持率仍高达～80％.本论文对富含LiNO3的阻燃型高压电解液的研究将为通过界面相调控研发安全的高比能锂金属电池提供理论指导.

    Li metal anodehigh voltage cathodeflame-retardant electrolytesolid electrolyte interphase

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    泡沫镍上生长的具有三明治纳米结构的MnCo2O4@NiCoMnS4用于高性能水系非对称超级电容器

    陈勇超李亚丽董云霞李东昊...
    816-823页
    查看更多>>摘要：本文介绍了一种由水热生长的MnCo2O4(MCO)纳米线以及随后电沉积的NiCoMnS4(NCMS)纳米片组成的高性能超级电容器电极材料,即泡沫镍上生长的MCO@NCMS.由于其多孔和互联的纳米结构以及MCO和NCMS的协同效应,在1 mA cm-2处实现了 12,020.8 mF cm-2的高电容,并展现出良好的倍率性能以及循环稳定性.电化学测试表明,组装成的水性非对称超级电容器在0.800 mWcm-2的功率密度下,达到0.611 mW h cm-2的高能量密度并具有良好的循环稳定性,即在15,000次充放电循环后,容量保持率可达90％,且保持100％的库仑效率.

    sandwich structurehigh energy densitytransition metal sulfidesaqueous asymmetric supercapacitortransition metal oxides

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据