《石墨烯氧化物纳米复合材料中的光寻址液晶相变》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-04-16
  • 石墨烯的多功能性有可能解开纳米复合材料科学的重要发展。 然而,石墨烯的操纵不会干扰其独特的性质并且在控制其空间组织的同时仍然具有挑战性。 这里,描述了通过用光可剥离刷稳定氧化石墨烯(GO)来形成可光寻址的液晶(LC)溶液。 LC行为导致GO热力学截留到低纵横比域,其不能显示通常预测的石墨烯纳米复合材料的性质。 这些纳米复合材料的形态,结构和电子性能通过刷切割再生,刷切裂控制LC相的相变。 这些结果表明石墨烯组件的动力学控制可以是用于合理复合材料制造的可加工溶胶状态和结构化渗透网络的动态调节的有吸引力的工具。

    ——文章发布于2019年4月14日

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    • 编译者:guokm
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    • 锂金属电池是一款极具前景的高能量密度电池,其理论比容量高达3860 mAh/g,近10倍于锂离子电池。然而,锂金属电池存在一个致命缺陷,那就是在充放电过程中会产生大量枝晶,从而刺穿隔膜会引起电池短路,导致性能衰退甚至燃烧爆炸,因此亟需研究抑制锂枝晶生长的方法。 由伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar教授课题组牵头的联合研究团队制备了新颖的二维石墨烯氧化物纳米片薄膜,作为保护层涂覆在玻璃纤维隔膜上,有效地抑制了锂枝晶的形成,从而显著地增强电池性能和循环寿命。研究人员通过喷雾热解方法将二维石墨烯纳米片(GOn)涂覆在玻璃纤维隔膜(GF)上,随后通过真空干燥处理,形成GOn修饰复合隔膜GOn-GF。扫描电镜表征显示,GOn均匀地嵌入到玻璃纤维GF的空隙中,从而有效地避免了GOn的堆叠和脱落,形成致密的二维涂层薄膜覆盖在GF表面,有助于锂离子快速传输。随后研究人员将制备的GF、GOn-GF隔膜应用于锂金属电池,并开展电化学性能测试进行对比研究。测试结果显示,在2 mA cm−2充放电电流密度下,采用无GOn修饰的GF隔膜电池经过80次循环后,电池容量就衰减了20%,但而当进一步增加循环次数到115次后,电池容量大幅衰减至初始状态的20%,库伦效率为80%;相反,采用GOn-GF隔膜的电池在经过160次循环后,电池容量仍可维持初始状态的83%以上,库伦效率接近100%,展现出更加优异的电池性能和循环稳定性。通过电化学阻抗谱测试发现,无GOn修饰的GF隔膜电池内部的界面传输电阻高达170 Ω,且循环后电池阻抗增加到了250 Ω,这主要是由于锂枝晶形成诱导高阻抗的固态电解质膜所致;相反,采用GOn-GF隔膜的电池内部界面传输电阻仅为70 Ω,且不会随着循环增大。研究人员指出,GOn-GF隔膜的电池性能提升主要得益于两方面改善,一是GOn-GF隔膜中二维石墨烯纳米片为锂离子提供了快速的传输通道增强电池充放电性能,二是有效地抑制了锂枝晶的形成增强了电池循环寿命。更为关键地是,该GOn涂层薄膜制备工艺简单、易于规模化且成本较低。 该项研究针对锂金属隔膜设计合成了新型的二维石墨烯氧化物纳米片保护涂层,增强锂离子的传输、抑制了锂枝晶的形成,增强了电池性能和循环寿命。为设计和开发高性能的锂金属电池提供了新的路径。相关研究工作发表在《Advanced Functional Materials》 。 (郭楷模)
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    • 氧化钴是一种过渡金属氧化物,它是一种用于储能应用的电极材料,特别是在超级电容器和可充电电池中,因为它具有较高的电荷储存能力。然而,它的电导率低,这实际上妨碍了它的长期稳定。在目前的工作中,通过一种简单的、可控的、尿素辅助的甘氨酸-硝酸盐燃烧过程,采用一种简单的提高钴氧化物电导率的策略,通过碳涂层和锰掺杂实现稳定的电化学性能。碳涂层Mn-doped Co3O4 (Mn-Co3O4@C)的结构分析证实了纳米颗粒(约50 nm)的形成与连接的形态,表现出尖晶石结构。Mn-Co3O4@C电极显示优越的电化学性能作为锂离子电池阳极,交付特定容量的1250 mAh g−1。Mn-Co3O4@C演示了性能优良的长期稳定、保持电荷存储能力完整甚至在高电流利率由于丰富的协同效应快速kinetics-provided电子导电性,它允许离子自由行动从反应网站活跃网站和电子在氧化还原反应和高表面积基质结合介孔结构。使用Mn-Co3O4@C和标准LiCoO2电极的完全组装的电池装置显示90%的容量保留超过100个周期。 ——文章发布于2018年5月14日