《源自深海极端环境启示的乳化技术的实用化研究—环境友好型水性纳米材料的共同开发》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: mall
  • 发布时间:2017-10-16
  • 日本海洋科学研究中心与Saiden化学有限公司联合开展利用MAGIQ(Monodisperse nAnodroplet Generation In Quenched hydrothermal solution)乳化技术进行纳米丙烯酸乳液的产品市场化研发。

    涂料与胶粘剂市场约有60%的产品是有机溶剂类的产品。虽然将这类产品转换为环境友好型水性制品的研发活动比较活跃,但由于普遍认为水性制品的涂膜透明度等性能弱于有机溶剂制品,并没有取得实质性的进展。

    水性涂料和胶粘剂被广泛应用,我们把能将细小聚合物粒子分散在水中的丙烯酸乳液称为纳米材料。为了开发具有优良涂膜透明性的水性涂料和胶粘剂产品,必须寻求使含在丙烯酸乳液中的聚合物颗粒极度微细的解决方法。

    Seiden化学有限公司的水性丙烯酸乳液在日本国内占有最多的市场份额。在深海热液喷口高温、高压的极端环境下,水的性质发生了很大变化(超临界水),能和油以任意比相溶,受此启发JAMSTEC研发了MAGIQ纳米乳化技术,可以将聚合物颗粒超微细化的方法。与Seiden化学有限公司联合,实现了将50纳米级以下的聚合物颗粒制备为纳米丙烯酸乳液。

    2017年,JAMSTEC与Seiden化学有限公司联合申请到了由崎玉县产学合作研究开发项目资助的“超临界纳米乳化水系高分子纳米材料开发”项目,将历时2年推进纳米丙烯酸乳液的实用化制造过程。Seiden化学有限公司计划于2020年将该产品上市。

    由JAMSTEC海洋生命理工学研究开发中心开发的MAGIQ技术也受到产业界的高度重视,目前正在快速推进面向技术普及的开放式创新平台的建设(分别于2016年1月19日和2017年8月1日发布)以及提高制造能力的实用性验证(2016年10月3日发布)。今后将与民营企业密切合作建立开放创新机制,积极推进研究成果对社会的回馈。

    (陈春 编译)

  • 原文来源:http://www.jamstec.go.jp/j/about/press_release/20170925/
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    • 河南大学纳米材料工程研究中心(简称“中心”)依托节能减阻添加剂教育部工程中心、河南省纳米材料工程技术研究中心及河南省纳米杂化材料工程研究中心组建,纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心由国家发展和改革委员会于2015年12月批准建设。 研究方向 中心以国家战略和市场需求为导向,研究纳米材料宏量制备及应用中的基础科学问题和关键技术难题,发展高性能、多功能纳米材料的规模化制备技术,形成自主知识产权和关键核心技术。 中心设立纳米材料制备化学、纳米润滑材料、能源与环境催化以及有机功能材料等四个研究室和一个产业化中试基地。 纳米材料制备化学研究室 主要致力于纳米材料的制备化学研究,期望通过化学方法制备具有特种功能的纳米材料并开展其性能及应用研究。主要研究方向包括以下: ★储能与能量转换纳米材料 锂/钠离子电池电极材料 超级电容器材料 吸波材料 ★生物医用纳米材料 SiO2基纳米生物材料 复合纳米抗菌材料 仿生功能材料 ★纳米材料的宏量制备技术 少层石墨烯宏量制备 锂离子电池材料宏量制备 纳米润滑材料研究室 主要开展新型节能减摩材料和技术的应用基础和应用研究。主要研究方向包括以下: ★环境友好纳米添加剂 可分散性纳米微粒制备 纳米微粒润滑添加剂摩擦学 水基金属加工液添加剂 润滑材料组分、结构与性能演变规律 ★纳米复合薄膜 分子有序超薄膜及其摩擦学 有机、无机复合减摩抗磨涂层 仿生结构表面构建及性能调控 ★纳米复合钻井液 能源与环境催化研究室 长期致力于纳米光功能材料的设计合成及在光催化分解水、CO2光还原、有机污染物消除中的应用。主要研究方向包括以下: ★半导体光催化 缺陷态TiO2 硫属化合物 有机聚合物 理论计算 ★稠油降粘 稠油催化改质 稠油乳化降粘 ★生物电化学 双极电化学 电化学酶促合成 有机功能材料研究室 主要研究方向包括以下: ★ 螺烯化学 噻吩螺烯与双螺烯的设计与合成 噻吩螺烯与双螺烯的手性 手性噻吩螺烯与双螺烯的光电特性 类螺烯结构的设计与构筑 ★ 有机功能材料 基于并三噻吩的有机薄膜场效应晶体管(OFET) 基于二噻吩并噻咯的聚合物有机太阳能电池(OSC) 基于噻吩螺烯与双螺烯的自组装行为与纳微特性 基于环状四联噻吩的树枝状化合物的合成与物性 ★ 有机光化学 噻吩螺烯与双螺烯的光化学合成 稠合噻吩的敏化与光物理 荧光化学传感器 中试基地 主要研究方向包括以下: ★纳米材料制备化学 聚合物基纳米复合材料 低品油气资源开采纳米材料 纳米杂化阻燃剂 重金属污染土壤修复剂 节能减阻添加剂 ★纳米材料规模化制备 传质与梯度控制合成 纳米材料的纯化与分离 干燥、捕集与造粒 废水处理与资源化 随着技术开发与产业化工作的不断深化,河南大学纳米材料工程研究中心中试基地,逐步形成了以公司为工程技术开发核心,以国家工程中心为应用基础研究平台,以产业技术创新平台,为公共服务平台,以专业化众创空间为孵化企业培育基地,以纳米材料产业园为规模化企业产业化基地的全链式协同创新运营模式。 抢滩纳米材料前沿,实现“芯”突破 此前,500nm以下规格的电子级球形二氧化硅基本依赖进口,是我国高端电子封装制造的“卡脖子”材料,破解这一难题,对我国芯片产业链实现国产化,确保我国电子信息产业安全具有重要战略意义。 而解决这一尴尬局面的,正是河南大学纳米材料工程研究中心。这个“摸着石头过河”的研究中心,建成了全国唯一一家同时拥有小试、中试和工程验证试验平台及材料性能测试和评价实验平台的纳米材料与技术孵化基地。 针对高端电子封装材料的需求,中心采用液相法制备粒径可控的电子级球形二氧化硅,实现二氧化硅在微/纳米尺寸下的可控制备。 “项目通过原料纯化、反应条件调控和核心设备的研制,已实现20、50、100纳米的产业化,解决了我国依赖进口的尴尬局面。”中心总工程师张治军介绍,电子级球形SiO2实现进口替代,为芯片产业链的国产化战略实施提供基础原材料,确保了我国电子信息产业安全。 科技成果实现技术转化并最终实现产业化,才能真正服务于产业链升级。目前,研发团队正在思考,如何把纳米材料作为核心,上面延伸到原料,下至终极用户,完善产业链,更好地为国家做贡献。
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    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-04-03
    • 1、Nat. Nanotechnol.:二维MoS2作为Li-S电池锂金属负极保护层 Li-S电池由于其极高的能量密度(~2600Whkg-1)成为有望取代锂离子电池新一代能源装置,但是Li-S电池采用锂金属负极,锂活性太高,反应不稳定,表面容易生成枝晶和不受控制的SEI膜,因此大大降低了电极的库伦效率与循环稳定性。近日,美国北德克萨斯大学Wonbong Choi教授(通讯作者)等人将~10nm的二维 MoS2包覆在锂金属负极外并进行锂化。层状MoS2纳米结构以及其在锂化过程中的相变反应减少了负极材料的界面电阻,实现了包覆层紧密接触和较高的Li+传输效率。同时,MoS2消除了锂枝晶的成核位点,减少了枝晶的形成。因此,这种Li-MoS2作为负极材料构建的全电池测试中,获得了~589 Whkg-1的比能量密度和1200次循环后,在0.5C下~98%的库仑效率。 文献链接:2D MoS2 as an efficient protective layer for lithium metal anodes in high-performance Li–S batteries (Nat. Nanotechnol., 2018, DOI: 10.1038/s41565-018-0061-y) 2、J. Mater. Chem. A:三明治结构MoS2/S/rGO纳米复合结构作为Li-S电池正极 Li-S电池体系在充放电过程中经历了多步电化学转换过程,其中硫正极会形成长链多硫化锂(Li2Sn,4≤n≤8)中间体。这种具有穿梭效应的中间体和不导电的硫及其放电产物严重限制了Li-S电池的硫利用率和循环寿命,同时,硫向Li2S的转化将引入~80%的体积膨胀,导致电极结构很快失效。因此,华东理工大学的龙东辉教授和凌立成教授(共同通讯作者)等人开发了一种新型MoS2/S/rGO纳米复合结构作为Li-S电池正极。三者具有协同耦合效应,形成具有强大界面相互作用的稳定混合结构,可在循环过程中固定多硫化锂中间体。MoS2作为电催化剂还可加速硫氧化还原反应,因此这种三明治结构具有优异的倍率性能和循环稳定性。这项工作整合了Li-S电池的正极缺陷,化学吸附和电催化概念,为建立多层正极结构提供了新思路。 文献链接:Sulfur film sandwiched between few-layered MoS2 electrocatalysts and conductive reduced graphene oxide as a robust cathode for advanced lithium–sulfur batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00222C) 3、Nano Lett.:原位XAS探究MoS2作为锂电池电极材料的反应机理 MoS2由于其类石墨的层状结构作为锂离子的负极材料有大量的研究,但是,MoS2在锂电反应过程中的行为特征并没有详细完整的研究,关于MoS2的锂电反应机理也有较大的争议。因此,近日,美国劳伦斯伯克利国家实验室的Elton J. Cairns和Jinghua Guo(共同通讯作者)等人结合实验和模拟计算完整地揭示了MoS2电极材料的锂电反应机理。锂离子嵌入-嵌出MoS2层状结构是可逆的,使MoS2从2H相转变为1T相,并且伴有少量的锂残余。而之后的转化反应是不可逆的,Li2S在第一次充电时转变为S,无法恢复为MoS2。后续的反应更像Li-S电池的反应特征。该研究完善了MoS2电极的电化学反应机理,有助于MoS2或是其他硫化物在锂离子电池上的设计与应用。 文献链接:Electrochemical Reaction Mechanism of the MoS2 Electrode in a Lithium-Ion Cell Revealed by in Situ and Operando X-ray Absorption Spectroscopy (Nano Lett., 2018, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05246) 4、ACS Nano:少层MoS2-纳米碳复合材料三维网络结构用于储锂和储钠 近日,福州大学的詹红兵教授和中国科学院福建物构所的温珍海研究员(共同通讯作者)等人在氧化石墨烯和交联而成的中空碳球上原位生长MoS2纳米片构建三维结构复合材料,作为储锂和储钠材料。三维多孔结构的设计缓冲了MoS2材料在循环过程中的体积变化,多通道有利于电解液的扩散和离子的传输,碳材料增强了整个结构的导电性。由于克服了MoS2材料体积变化率大易坍塌,导电性差和易堆叠等问题,整个三维结构复合电极材料表现出良好的电化学性能,其作为锂离子电池的阳极,在0.1Ag-1电流条件下经过100次循环能保持1145mAhg-1可逆容量,在2Ag-1条件下经过1000次循环能保持753mAhg-1可逆容量下。 对于钠离子电池,,在1 Ag-1条件下经500次循环后也可以保持443 mAhg-1的可逆容量。 文献链接:Three-Dimensional Network Architecture with Hybrid Nanocarbon Composites Supporting Few-Layer MoS2 for Lithium and Sodium Storage (ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.7b08161) 5、J. Mater. Chem. A:衍生自MOF结构的核壳Co9S8/MoS2-CN纳米复合材料作为钠离子电池阳极材料 过渡族金属硫化物由于其较高的理论容量值常被作为钠离子电池的负极材料进行研究,构建良好的纳米结构和与碳材料形成复合材料是两个提高其性能的主要途径。碳材料可以吸附和捕获多硫化物中间体,阻止穿梭效应,而纳米结构可以承受循环过程中的体积变化,从而延长金属硫化物电极的循环寿命。因此,中国石油大学(华东)的王荣明教授和康文裴博士(共同通讯作者)等人以ZIF-67为前驱体,制备了核壳Co9S8/MoS2-CN纳米复合材料。这种多孔的复合材料促进快速Na+快速嵌入/嵌出,碳材料提高了整体的导电性并捕获多硫化物中间体,产生协同效应。因此,整个材料显示出了优异的钠储存性能。 文献链接:A yolk–shelled Co9S8/MoS2-CN nanocomposite derived from a metal–organic framework as a high performance anode for sodium ion batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA00493E) 6、J. Mater. Chem. A:分层MoS2/碳微球作为钠离子电池阳极材料 中国香港科技大学的Francesco Ciucci教授和Jang-Kyo KIM教授(共同通讯作者)等人利用简单的水热法合成了一种分层MoS2/碳微球结构,由中间夹有碳层的三明治结构MoS2纳米片组成。三维结构阻碍了MoS2的聚集,碳材料的结合提高了材料的导电性。另外,等级多孔结构增强了表面积,增加了电化学反应的活性位置。 因此MoS2/碳微球电极显示出极高的可逆容量和优异的倍率性能。此外,第一性原理计算表明,与MoS2相比,MoS2/碳异质界面使Na跃迁的能垒更小,带隙更低。这些新型的三维MoS2结构为制造能够实现高倍率性能和长循环寿命的过渡金属硫化合物材料提供了新途径。 文献链接:Hierarchical MoS2/Carbon microspheres as long-life and high-rate anodes for sodium-ion batteries (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI: 10.1039/C7TA11119C) 7、Energy Environ. Sci.:MoS2/TiO2异质结构作为非金属等离子体光催化剂用于高效析氢 太阳能制备清洁化学燃料是解决全球环境问题的一个重点。TiO2材料由于其稳定性好、价格低廉等优势已成为太阳光分解水的重要光催化剂。但TiO2为宽禁带半导体,对太阳光吸收效率太低。因此,美国中佛罗里达大学的Yang Yang教授和美国太平洋西北国家实验室的Yingge Du研究员(共同通讯作者)等人结合PVD与CVD的方法将层状MoS2纳米片涂敷在TiO2纳米孔阵列内表面上并将其应用于太阳光分解水制氢中。这种异质结构在UV-vis-NIR范围内显示出强大的光子收集能力,显著提高了H2产出效率。这种非金属等离子体激元异质结构也有望应用于其他2D材料系统,用作高效光催化剂。 文献链接:MoS2/TiO2 heterostructures as nonmetal plasmonic photocatalysts for highly efficient hydrogen evolution (Energy Environ. Sci., 2018, DOI: 10.1039/C7EE02464A) 8、Nano Energy:多活性边缘单层MoS2用于高效析氢 析氢反应是电化学水分解过程中的关键步骤,在实际应用中,需要高效,稳定易得的催化剂。二维层状MoS2由于具有合适的吉布斯自由能可以较容易地吸附氢原子,因此可作为铂基催化剂的替代物。MoS2的析氢活性来自其活性边缘位点,而(002)基底面具有催化惰性。但是直接合成边缘丰富的MoS2纳米片仍然具有挑战性。近日,北京大学的戴伦教授、叶堉研究员和李彦教授(共同通讯作者)等人直接在熔融石英上合成了具有大拉伸应变的分形单层MoS2,其具有大量的活性边缘位点。这是由大拉伸应变引起的,该材料优异的HER催化活性,为将来二维HER催化剂的设计与调控提供了新思路和新方法。 文献链接:Engineering active edge sites of fractal-shaped single-layer MoS2 catalysts for high-efficiency hydrogen evolution (Nano Energy, 2018, DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.02.027)