登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《具有高活性纳米钴嵌入物和氮掺杂剂的超结构多孔炭纳米片》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2018-04-24

  • 以硫单质为正极和锂金属为负极的锂硫电池具有能量密度高、成本低、环境友好等优点，受到学术界和产业界的广泛关注。然而，硫正极的穿梭效应和缓慢反应动力学以及锂金属负极的枝晶问题严重制约了锂硫电池的实际应用。传统的研究思路多集中于开发可改善单侧电极性能的新材料，难以利用单一材料同时提升锂硫电池的正极和负极性能。 　　

    　　针对上述问题，中山大学吴丁财教授课题组利用含钴有机-无机杂化纳米颗粒（Co/Zn-ZIFs）与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）在氧化石墨烯表面协同自组装，设计制备了一类具有高活性纳米钴嵌入物和氮掺杂剂的超结构多孔炭纳米片（Co/N-PCNSs）。Co/N-PCNSs的杂化骨架由氮掺杂局域石墨化碳层封装的钴纳米颗粒、氮掺杂无定形炭和石墨烯组成，具有层次化的微孔-中孔-大孔结构特征，可同时用作高性能锂硫电池载硫和载锂材料。实验和理论计算结果表明，Co/N共修饰具有独特的高功能协同效应：氮掺杂石墨化碳封装的钴纳米颗粒不仅可以通过电子转移作用与氮掺杂剂共同抑制多硫化锂的穿梭效应，还可以提高硫正极的氧化还原反应动力学；与此同时，多孔炭纳米片的高比表面积特征及其表面氮杂原子的高效亲锂效应均有利于锂金属在其多层次孔道的均匀沉积，从而有效抑制锂枝晶的生长。因此，基于载硫Co/N-PCNSs正极和载锂Co/N-PCNSs负极的锂硫全电池具有优异的循环稳定性。

    　　该研究不仅对深入理解材料的结构—电化学性能关系提供了新的视角，同时也对高性能锂硫电池器件的开发提供了全新思路。相关论文发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.201706895）上，合作者包括清华大学深圳研究生院李佳副教授、大连理工大学邱介山教授和王治宇教授等。

132浏览量
原文链接
相关报告

  • 《湖南大学：共价硒嵌入多级多孔碳纳米纤维正极助力超高面容量锂》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2020-05-11
    • 由于硒和硫相似的物理化学特性，锂-硒电池具有和锂-硫电池相似的理论体积比容量（3253 Ah L -1 ）。从理论上来说，硒的金属性强于硫，硒正极相较于硫正极具有更高的电子电导率（10 -3 S m -1 ）、更高的活性物质利用率和更好的倍率性能。因此锂-硒电池被认为是最有可能替代锂-硫电池的一种储能器件。然而，锂-硒电池也会遭受严重的 “穿梭效应”，从而造成锂-硒电池快速的容量衰减。 目前，多孔碳球、碳纳米管和碳纳米纤维等碳载体常被用来克服这一挑战。但是，当前的研究主要局限于低电极负载量和低面容量电极的研究，远不能满足未来产业化应用的需求。 成果简介 鉴于此，近期 湖南大学二维材料课题组在线报道了一种共价硒嵌入多级多孔氮掺杂碳纳米纤维（ CSe@HNCNFs ）作为柔性、自支撑、无粘结剂锂- 硒电池的正极。 多级多孔结构（微/介/大孔和纳米通道）、高含量的氮掺杂和强健的共价键（Se-O和Se-C）不仅可以促进离子和电子在整个电极结构中的快速传输，还可以有效的锚定多硒化合物并为其提供充足的膨胀空间。当负载量为1.52 mg cm -2 、电流密度为40.61 mA cm -2 的时候，所得锂-硒电池可以保持412 mAh g -1 的高比容量（比容量以硒的质量来计算）。另外，当负载量达到37.31 mg cm -2 、电流密度为0.83 mA cm -2 时，此锂-硒电池提供了高达7.30 mAh cm -2 的面容量。这项工作为推进锂-硒电池的产业化迈出了重要的一步。 该成果以题为“ Covalent Selenium Embedded in Hierarchical Carbon Nanofibers for Ultra-High Areal Capacity Li-Se Batteries ”最近发表在国际著名 Cell Press 出版社旗下首个综合开放获取期刊 iScience 上。
    137浏览量
    原文链接

  • 《梳理纳米线》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-07-03
    • 我们的细胞让机器变得舒适。可嵌入传感器记录神经元如何以及何时发射;电极激发心脏细胞击败或脑细胞射击;类神经元装置甚至可以促进植入大脑后更快的再生长。 很快，所谓的脑机界面可以做得更多：监测和治疗帕金森病等神经系统疾病的症状，提供设计人工智能的蓝图，甚至可以实现脑 - 脑通信。 为了实现可达到的和不切实际的，设备需要一种方法来逐字深入我们的细胞以进行侦察。我们对神经元如何工作的了解越多，我们就越能用我们的机器模拟，复制和处理它们。 现在，在Nature Nanotechnology上发表的一篇论文中，Joshua和Beth Friedman大学教授Charles M. Lieber介绍了他最初用于细胞内记录的纳米级设备的更新，这是第一个用于记录活细胞内电子颤动的纳米技术。九年后，利伯和他的团队设计了一种方法，可以同时制造数千种这样的设备，创建一支纳米级军队，可以加快努力，找出我们细胞内发生的事情。 在利伯的工作之前，类似的设备面临着金发姑娘的难题：太大了，他们会记录内部信号但杀死牢房。太小了，他们没能穿过细胞膜 - 录音结果嘈杂而且不精确。 利伯的新纳米线恰到好处。在2010年设计和报告，原件有一个纳米级“V”形尖端，在“V”底部有一个晶体管。这种设计可以穿透细胞膜，并在不破坏细胞的情况下将准确的数据发送回团队。 但有一个问题。硅纳米线的长度远远超过它们的宽度，使得它们摇摆不定并且难以缠结。 “它们和煮熟的面条一样灵活，”Lieber实验室的研究生Anqi Zhuang说道，他是该团队最新工作的作者之一。 为了制造原始设备，实验室成员必须同时捕获一条纳米线面条，找到“V”的每个臂，然后将线编织到记录设备中。一对设备用了2到3个星期。 “这是非常繁琐的工作，”庄说。 但纳米线一次不制成一个;它们就像它们类似的东西一样集中制造：熟意大利面。利用利伯用于制造第一根纳米线的纳米团簇催化气 - 液 - 固方法，该团队建立了一个环境，使电线可以自行发芽。它们可以预先确定每根导线的直径和长度，但不能预先确定导线的位置。即使它们一次生长数千甚至数百万纳米线，最终的结果却是一堆看不见的意大利面条。 为了解开这个烂摊子，利伯和他的团队为他们松散的煮熟的面条设计了一个陷阱：他们在硅片上制作U形沟，然后在表面上梳理纳米线。这种“梳理”过程解开了混乱，并将每根纳米线沉积成一个整齐的U形孔。然后，每条“U”曲线都得到一个微小的晶体管，类似于它们的“V”形器件的底部。 通过“梳理”方法，利伯和他的团队在相同的时间内完成了数百个纳米线设备。 “因为它们非常一致，所以它们很容易控制，”张说。 到目前为止，张和她的同事们已经使用“U”形纳米级装置记录培养物中神经细胞和心脏细胞的细胞内信号。涂有模仿细胞膜感觉的物质，纳米线可以最小的努力或对细胞的损害穿过这个屏障。并且，它们可以记录与其最大竞争对手相同的精确度的细胞内颤振：膜片钳电极。 贴片钳电极比纳米线大约100倍。顾名思义，该工具会夹住细胞膜，造成不可逆转的损害。膜片钳电极可以捕获细胞内电信号的稳定记录。但是，张说，“记录后，细胞就会死亡。” Lieber团队的“U”形纳米级设备对其细胞宿主更友好。 “它们可以并行插入多个细胞而不会造成损害，”张说。 现在，这些设备非常温和，在记录约10分钟后，细胞膜会将它们推出。为了扩展这个窗口的下一个设计，团队可能会在尖端添加一些生化胶水或使边缘变粗糙，以便导线接近膜。 纳米级器件相对于膜片钳具有另一个优势：它们可以并行记录更多细胞。使用夹具，研究人员可以一次只收集一些细胞记录。在这项研究中，张一次记录了多达10个细胞。 “可能会有更多，”她说。他们一次可以记录的细胞越多，他们就越能看到细胞网络如何在生物中相互作用。 在扩展纳米线设计的过程中，该团队也碰巧证实了一个长期存在的理论，称为曲率假设。在利伯发明了第一批纳米线之后，研究人员推测纳米线尖端的宽度（“V”或“U”的底部）会影响电池对电线的响应。在这项研究中，该团队尝试了多条“U”曲线和晶体管尺寸。结果证实了最初的假设：细胞像一个狭窄的尖端和一个小晶体管。 “包括我们自己在内的许多科学之美在推动假设和未来工作方面面临着诸多挑战，”利伯说。随着它们背后的可扩展性挑战，该团队希望捕获更精确的记录，可能是在亚细胞结构内，并记录生物中的细胞。 但对于利伯来说，一个脑机挑战比其他所有人更具吸引力：“将机器人带入现实。” ——文章发布于2019年7月1日
    294浏览量
    原文链接