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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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    晶面空间分离型聚三嗪亚胺基氮化碳纳米球用于光催化全分解水研究

    郑丹丹王乾潘志明汪思波...
    1900-1906页
    查看更多>>摘要：通过传统熔盐法合成的聚三嗪亚胺(PTI)其六棱柱晶体倾向于沿熔盐模板生长为聚晶形态,这使得其侧面活性面难以充分暴露.在本文中,我们通过耦合熔盐法和硬模板法制备得到了具有高结晶性和侧面暴露的PTI纳米球.研究表明,熔点合适的LiCl/NaCl二元熔盐促进了高结晶六棱柱的形成,此外,三维模板使六棱柱能够沿空间分离方向定向生长.优化后的PTI显示出具有完全扩展的π共轭聚合结构,且具有空间暴露更完全的活性晶面.因此,制备得到的PTI纳米球光催化全分解水性能得到显著提升.
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    垂直排列的六方氮化硼基忆阻器中的突触可塑性

    张海忠巨鑫江海涛杨丹...
    1907-1914页
    查看更多>>摘要：下一代计算系统需要实现每秒1018次浮点运算以解决感知终端数据呈指数增长的问题,这是由人工智能和物联网的进步驱动的.即使超级计算机具备执行这些操作的能力,但当电子突触阵列达到与人类神经网络相当规模时,管理热耗散就成为一个重要挑战.解决电子设备中热点问题的潜在方案之一是使用垂直排列的六方氮化硼(h-BN),这种材料以其高导热性而闻名.在本研究中,我们使用高功率脉冲磁控溅射技术开发了纹理化的h-BN薄膜.定向的h-BN薄膜的热导率约为随机定向对应物的354％.通过制备基于纹理化h-BN薄膜的电子突触,我们展示了该器件中的各种生物突触可塑性.我们的研究结果表明,通过方向工程,可以有效使h-BN成为一种适用的自散热层,从而为未来可穿戴记忆设备、太阳能电池和神经形态器件铺平道路.

    boron nitridevertically-alignedhigh thermal con-ductivitylow-power memoryneuromorphic computing

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    用于纤维基可穿戴传感器和电致发光器件的多功能石墨烯/聚电解质水性分散液

    缪振宇余柔会白晓文杜相恒...
    1915-1925页
    查看更多>>摘要：导电分散液是构建用于可穿戴传感器、能源和柔性显示器件中导电纤维/织物的关键组成部分.尽管石墨烯具有稳定的化学性质和高电导性,但制备与纤维/织物材料兼容的石墨烯分散液仍然具有挑战性.本研究通过引入聚苯乙烯磺酸钠(PSS)分散剂,成功制备了环境友好且稳定的石墨烯水性分散液.PSS通过非共价作用改性石墨烯,使其表面带负电荷,由此产生的静电排斥促进了石墨烯的稳定分散.此外,PSS还有助于石墨烯与基底之间形成牢固的粘附.我们制备了基于石墨烯改性的纤维和纤维膜的柔性机械传感器,包括可拉伸应变传感器和压力传感器;其中,应变传感器具有100％的高拉伸性和144.6的灵敏度,也能够感知0.1％的小应变.此外,制备的柔性生理电极能够长时间记录肌电信号和心电信号.作为概念验证,制备的同轴电致发光纤维能够为潜艇模型提供照明,以完成水下复杂任务.这项工作将进一步推动先进纳米材料在可穿戴领域的应用.

    graphene dispersionfibersmechanical sensorswearable display

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    用于紫外线成像和无线报警的水凝胶基可伸缩、高稳定性和高性能的光电传感器

    洪杰钊姚帝杰王浩丁琼玲...
    1926-1937页
    查看更多>>摘要：柔性可穿戴的紫外线探测器在个体紫外线暴露监测、智能仿生眼和军事领域受到广泛关注.然而,传统不可拉伸的材料和器件结构设计限制了设备在可动态变形的人体皮肤和非平面表面上的精确监测应用和稳定附着.在本研究中,我们提出了基于氧化铜/碳-水凝胶-氧化锌/碳的新型应变隔离异质结构的本征可拉伸(拉伸应变或弯曲高达150％)紫外线探测器,该探测器具有高灵敏度(开/关比为2100％)、高稳定性(大于4000次循环),以及快速响应和恢复时间(分别为1.5和4 s).值得注意的是,该探测器通过水凝胶桥在氧化铜/碳和氧化锌/碳电极之间引入的p-n结能带结构,以及离子导电水凝胶中I-/13-的电化学反应机制,显著提高了其载流子效率和紫外线响应强度.本文通过集成传感器与所设计的电路板,进一步开发了一种无线紫外线报警系统,用于紫外线强度超标警报.此外,本文还设计了一种光电传感器阵列,并将其用作视网膜假体,以实现对环境紫外线强度的实时监测和成像.本文基于水凝胶基异质结构为开发可穿戴、可拉伸的光电紫外线传感器单元和成像阵列提供了一种新的可行方法.

    flexible hydrogel sensorsstretchable UV sensorsUV imaging arrayoptoelectronic sensorswireless alarm

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    Ni单原子负载氮掺杂多孔碳促进锂硫电池中的多硫化物转化

    陈乐园孙焱焱常智柴思敏...
    1938-1946页
    查看更多>>摘要：由分散在氮掺杂碳载体上的原子级金属位点组成的单原子催化剂(M SAC@NC)因其具有最大的原子利用率、独特的物理化学性质和优异的催化活性,已成为Li-S电池中的高性能电催化材料.本文采用物理吸附和热解相结合的方法,成功制备了一系列具有相似结构和理化性质的M SAC@NC(M=Ni,Co,Fe).双球差校正高角环形暗场扫描透射电子显微镜和X射线吸收光谱表明成功形成了单原子金属位点.此外,对硫氧化还原反应的催化活性趋势为Ni SAC@NC＞Co SAC@NC＞Fe SAC@NC,其中Ni SAC@NC在0.5 C下表现出 1280.6 mAh g-1的最高容量,循环800次后,平均每圈容量衰减率仅为0.07％,具有优异的电池性能.

    single-atomic catalystelectrocatalysisLi-S battery

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    铌酸锂调控固态电解质电场结构促进锂离子高效传输

    刘晓潼温博华钟贵明程醒...
    1947-1955页
    查看更多>>摘要：聚合物基固态电解质得益于其易加工性,最有希望应用于下一代固态锂金属电池.目前,聚合物基态电解质的离子电导率提升策略多为加入导锂陶瓷以构建离子传输通道,其提升程度有限.电场在锂离子输运过程中存在重要影响,目前研究中有关电场对锂离子传输的影响机制尚不明确.本文将兼具高离子电导率和高介电常数的铌酸锂嵌入聚偏氟乙烯基体中,设计了一种新型复合固态电解质.铌酸锂颗粒有效调节电解质内部电场结构,增强了离子输运方向电场强度,实现了离子电导率的大幅提升(7.39×10-4 S cm-1,25℃).该电解质匹配高镍正极和锂金属负极的固态电池可稳定循环1000次以上,容量保持率为72％.该研究为设计下一代固态锂电池用高离子电导复合固态电解质提供了新的策略.

    lithium niobatesolid-state electrolytesdielectric ceramicselectric field regulation

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    3D打印可穿戴微型超级电容器的锯齿状NiCo2S4基电极

    姚品晶李王阳柯秉渊陈丽慧...
    1956-1964页
    查看更多>>摘要：应用3D打印技术制备准固态微型超级电容器(MSCs)在可编程结构设计和高质量负载电极制造方面具有固有的优势.然而,缺乏高性能的可打印墨水和厚电极内缓慢的离子传输,对其实际电荷存储能力提出了重大挑战.本文成功开发了一种具有优异流变性能的新型NiCo2S4基纳米复合墨水,并结合直墨书写的3D打印技术合理设计了准固态MSCs的三维结构.得益于牢固锚定在还原氧化石墨烯(rGO)表面的NiCo2S4纳米颗粒和有序的三维微孔,锯齿状厚电极提供了丰富的反应位点并增强了离子传输.因此,三层锯齿状MSCs的面电容高达416.7 mF cm-2.在1 mA cm-2的电流密度下,单层、双层和三层电极的锯齿状MSCs的面电容与相对应的网格状MSCs相比,分别增加了127.1％、349.8％和585.9％.本工作为高面电容MSCs的材料和电极结构的跨尺度设计提供了新见解,推动了 MSCs在柔性便携式电子设备中的集成应用研究.

    micro-supercapacitordirect ink writing3D printingquasi-solid-statehigh-areal capacitance

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    利用过渡金属氧化物调控金属铋纳米片的p轨道从而实现CO2的高效电还原

    尹伟勃刘博文王晓蕾王文倩...
    1965-1974页
    查看更多>>摘要：p-d轨道之间的相互作用是一种提升电催化性能的有效方法.然而,其对主族金属的电催化CO2还原(eCO2RR)的增强机制尚不清晰.因此,我们向金属Bi纳米片中引入了一系列过渡金属氧化物(TMO:Fe2O3、Co3O4、NiO),并以此研究引入TMO对Bi物种eCO2RR性能的影响.根据原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)和CO2-程序升温脱附(TPD)的结果,Bi/TMO中的TMO可以增强CO2的吸附和活化能力.密度泛函理论(DFT)计算结果表明,Bi活性位点*OCHO吸附能及p轨道的优化可以降低CO2到*OCHO过程和*OCHO到HCOOH过程的理论过电位.同时,由于Bi与TMO之间因复合而发生的电子重排也促进了催化剂与反应物之间的电子传输.因此,在热力学和动力学的双重作用下,Bi/TMO中的Bi活性位点表现出最佳的催化能力,在更宽的电位区间内实现了更高的催化活性和甲酸选择性.其中,Bi/Fe2O3的增强效果最为显著.在500 mV的宽电位区间内达到较高的甲酸的法拉第效率(＞90％),在-0.8VRHE时,甲酸的法拉第效率达到最大值99.7％(Bi的1.11倍),甲酸局部电流密度达到12.65 mA cm-2(Bi的1.86倍).这一研究不仅建立了eCO2RR性能增强与引入TMO之间的关系,也为理性设计高性能电催化剂提供了一条实用的、可扩展的途径.

    transition metal oxidesBi/Fe2O3 nanosheetselec-trocatalytic CO2 reductionHCOOHp-orbital regulation

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    CeO2表面工程与PtBi纳米板间p-d轨道杂化的协同效应在甲醇电氧化中的应用

    张衍澳王帅司飞燕薛瑞昕...
    1975-1984页
    查看更多>>摘要：调控铂(Pt)电子结构是增强Pt基电催化剂活性和耐久性的关键策略.本研究开发了CeO2/PtBi金属间纳米板(NPs),这种结构通过Pt和Bi之间的强p-d轨道杂化,显著提高了催化剂在甲醇电氧化反应(MOR)中的活性和稳定性.CeO2的表面沉积不仅进一步优化了Pt的电子结构,还提供了额外的羟基吸附位点.特别是,在酸性和碱性环境下,CeO2/PtBi NPs展现出超越商业Pt/C的甲醇电氧化质量活性,分别提高了 1.62和7.65倍.在经历了 1000次耐久性测试后,CeO2/PtBi NPs在酸碱环境下的活性仅分别下降了20.1％和39.8％,相比之下,商业Pt/C的活性在相同条件下分别下降了55.4％和78.5％.CeO2/PtBi NPs的这一卓越性能得益于Pt与Bi之间的p-d轨道杂化以及CeO2表面工程对催化剂电子结构的有效调节.本研究为Pt基电催化剂设计提供了新的电子结构调控策略和深入见解.

    electrocatalysisintermetallicp-d orbital hybridiza-tionCeO2 depositionmethanol electro-oxidation

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    变形和能量注入协同作用制备可控非晶纳米晶结构超高饱和磁化强度FeCoB粉末

    李枧邵里良白荣晟周靖...
    1985-1993页
    查看更多>>摘要：非晶纳米晶磁粉芯(ANMPCs)是电子元器件在高频应用的关键软磁材料.但其相对较低的饱和磁化强度无法满足器件的小型化要求.强Fe-Co交换耦合非晶纳米晶粉是制备高磁化强度ANMPCs的潜在材料.本文采用机械球磨法制备了一系列(Fe0.8Co0.2)87B13软磁粉末,这些粉末的非晶相、纳米晶相含量和粒径可调.在球磨过程中,出现了合金化、玻璃化和纳米化三个阶段以及粉末形貌和尺寸的非线性变化,进而导致ANMPCs软磁性能的非单调变化.磁粉具有超高饱和磁化强度达239 emu g-1,有效磁导率为33.球磨150 h后,FeCoB粉末非晶-纳米晶双相结构达到动态平衡,同时粒径达亚微米尺度,从而提高了粉末高频稳定性且降低了磁芯损耗.在变形和能量注入的协同作用下,机械球磨实现了含极高铁磁元素的非晶-纳米晶双相粉末可控制备、提高了高磁化强度ANMPCs综合软磁性能.

    amorphous-nanocrystalline magnetic powder coremechanical ball millingultrahigh ferromagnetic elementsa-turation magnetizationhigh-frequency properties

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