“水-醚”電解質基水系鋰離子電池的穩定電化學界面研究

“水-醚”電解質基水系鋰離子電池的穩定電化學界面研究

北京理工大學材料學院陳人杰教授課題組在新型水系鋰離子電池電解質方面取得新的研究進展。相關成果發表于Advanced Materials。傳統商業鋰電池大多數采用的是有機液體電解質，其在使用過程中存在著泄漏、揮發、氧化分解及熱失控等問題。論文提出了一種新型的“ether-in-water”electrolyte（EIWE）水系混合電解質，將電化學穩定窗口擴大到4.2V，并進一步采用紅外/拉曼光譜對形成的新的溶劑化結構中組分間的相互作用進行了分析，并結合DFT和AIMD模擬，對成膜機理進行了深入研究。這種獨特的電解質結構為在水系電池中建立穩定的界面提供了新的設計思路。

鎂合金室溫成形性調控研究

重慶科技學院楊青山副教授、西南大學宋波副教授和重慶大學蔣斌教授等人合作，利用孿生變形實現鎂合金板材織構的改變，進而提升鎂合金板材的室溫成形性能。相關論文發表于Journal of Magnesium and Alloys。論文闡述了{10-12}孿生是一種重要的變形機制，可在低應變下大量地引入（<8%），可誘發晶格發生？86.3°的旋轉并形成孿晶織構，有效提高鎂合金室溫成形性。對于具有基面織構的鎂合金板材而言，沿厚度方向的小應變壓縮可在基體中引入大量的拉伸孿晶。孿晶的c軸聚集在壓縮軸的方向。這種孿生織構可以極大地提升鎂合金板材的厚度變形能力，進而提升板材的室溫成形性能。

仿生礦化材料研究進展

江南大學化學與材料工程學院陳明清教授團隊的新研究為仿生礦化凝膠的應用擴大了制備基礎，也為仿生礦化材料的合成提供了一定的理論指導。相關論文發表于Chemical Communications。聚丙烯酸（PAA）能夠模仿蛋白質的功能，在水溶液中控制碳酸鈣的生長。其中，較高的分子量的PAA在控制碳酸鈣生長的同時，也會因和碳酸鈣的界面相互作用而物理交聯，得到塑性的、可自修復的礦化復合凝膠。論文建立了以庫侖定律為核心的界面相互作用模型，提出相比鈣離子更高價態和更大離子半徑的稀土離子能夠形成類似礦化凝膠的假設，并被實驗結果驗證。所得凝膠保留了塑性和自修復性，并引入了稀土元素特殊的熒光性質。

柔性相變儲能材料

中國科學院大連化學物理研究所史全研究團隊與吳忠帥研究團隊合作，開發了一種柔性相變儲能材料膜，并將其與柔性石墨烯膜相結合應用于可穿戴熱管理器件。相關論文發表于Energy Storage Materials。該相變材料膜具備表觀的固—固相變特性，相變焓和相變溫度在一定范圍內可調，冷熱循環1000次后仍然表現出穩定的相變性能。此外，該相變材料膜表現出優異的本征柔韌性，可折疊或裁剪成任何形狀，可制備大尺寸膜，為大規模制備柔性相變材料膜提供了可能。該相變材料膜與吳忠帥團隊開發的柔性石墨烯膜集成得到柔性熱管理器件，可在不同溫度、光照及電加熱情況下表現出優異的溫度控制、光熱轉化及電熱轉化性能。

非角度依賴光子材料研究進展

天津大學材料學院宋東坡教授與劍橋大學同行合作，基于兩親性刷形嵌段共聚物發展了一種易于規模化的單步制備策略，合成具有短程有序且各向同性結構的多孔微球。相關成果發表于Advanced Materials。他們利用剪切力控制光學結構生長的有效方法，制備了具有結構色的多孔微球（光子顏料）。該光子顏料無需折射率匹配或者寬譜吸收劑就可以顯著削弱虹彩現象（從而拓寬可視角度）并提高色彩純度，其中的刷形嵌段共聚物P（PSNB）-b-P（PEO-NB）作為“表面活性劑”被溶于甲苯中，并在水中進行乳化，形成的微球的結構色現象來源于微球內部短程有序結構的相干散射，因此能夠在微球的整個橫截面觀察到反射顏色。

多晶材料內耗峰值的尺寸效應研究

中國科學院力學研究所段闖闖等人從微觀變形機理出發，就晶界中的粘彈性蠕變與擴散耦合，發展了用于描述晶界中粘彈塑性變形的數值方法來研究多晶體中晶界弛豫引起的內耗。相關論文發表于Acta Materialia。通過建立三維多晶模型，計算了其損耗模量頻率譜，發現除了晶界切向應力的弛豫會導致損耗譜上產生耗散峰（“葛式峰”）外，晶界法向應力的弛豫也會引起耗散峰的出現。這一雙峰弛豫臨界頻率與晶粒尺寸d具有不同的冪律關系，其中低頻峰臨界頻率正比于d-3，高頻峰臨界頻率正比于d-1，同時研究了兩個耗散峰存在的條件，發現高頻的“葛式峰”由晶界的粘滯性滑移引起，低頻峰由晶界的法向弛豫導致。

污水處理新材料

浙江農林大學教授陳亮團隊通過實驗和理論結合，利用改進電子束輻照還原方法，實現了在氧化石墨烯中對環氧基團的精確去除，同時保留了大量羥基。相關論文發表于Carbon。通過改進電子束輻照的實驗方法，形成以氫自由基為主的輻照環境，成功實現了環氧基團的選擇性還原。制備得到的還原氧化石墨烯，在含氧量顯著下降的同時具有極好的親水性。制備的石墨烯膜在截留有機污染物和重金屬廢液時，展示出超高滲透性能和截留穩定性能。在對污水中甲基藍、副品紅、羅丹明B等常見的有機染料和鐵離子、鉛離子、銅離子等過渡金屬離子進行有效截留的同時，還保持了超高水通量。

用于靶向治療小鼠炎癥性腸病口服納米酶

南京大學現代工程與應用科學學院魏輝教授等人與合作者研制備了一種具備活性氧（ROS）有效清除活性、消化道高穩定性和結腸炎癥部位靶向能力的口服氧化鈰（CeO2）納米酶與天然負電性的蒙脫土（MMT）納米酶藥物CeO2@MMT。相關論文發表于Advanced Functional Materials。炎癥性腸病（IBD）是一種難以治愈的慢性疾病。常見的臨床療法是利用小分子藥物、抗生素或抗體進行治療，但由于治療缺乏特異性，長期使用可能造成免疫反應、抗生素耐藥性、多并發癥等問題。這種新型的納米酶藥物設計方法彌補了CeO2和MMT各自的缺陷，將兩者的性能優勢最大化結合，產物呈現出了顯著的小鼠結腸炎模型改善能力。