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《一种新型的两步机械铣削方法和原位反应合成方法，用于制备TiC/石墨烯/Cu纳米复合材料并研究其力学性能》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-08-06

  • TiC-Graphene /铜混合纳米复合材料是捏造的混合铜、Ti(C)和石墨粉在三个不同的抽搐百分比(20、40、60?卷%)通过两步球磨(8?+?8)h和原位反应烧结。利用x射线衍射(XRD)、扫描/透射电子显微镜(SEM/TEM)对合成复合材料的微观结构进行了表征，并通过显微硬度和磨损试验对其力学性能进行了评价。微观结构研究表明，制备的复合材料是由铜基体和纳米TiC纳米颗粒的均匀分布以及孔隙度最小的石墨烯层(未反应的碳层)组成的。TiC的加入降低了烧结复合材料的密度。随着钢筋体积分数的增加，纳米复合材料的显微硬度增加。Cu-40?卷%抽搐纳米复合材料表现出最低的摩擦系数约为0.17,最高的耐磨性与WC配合端面。

    ——文章发布于2018年9月12日

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  • 《【Chemical Engineering Journal 】一种用于制氢的新型两步电解水方法》
    • 来源专题：新能源汽车
    • 编译者：王晓丽
    • 发布时间：2024-07-09
    • 中国科学院合肥物质科学研究院陈长伦教授领导的研究团队开发了先进的掺钴氢氧化镍双极电极和非贵金属催化剂，显著提高了两步水电解制氢的效率和稳定性。该成果发表在 Chemical Engineering Journal 和 Journal of Colloid and Interface Science.上。 在传统碱性电解槽中，氢气和氧气同时产生，即便使用昂贵的膜分离器，在高压下也无法完全避免氢氧混合；另外由于可再生能源频率/功率的波动性，使传统碱水制氢难以与其匹配。为此，两步法电解水制氢技术通过一个能够存储和释放电子的双极电极将产氢和产氧步骤完全拆分而不受限于时间和空间，在不使用膜分离器情况下实现高效制氢，突破了高压制氢气体渗透混杂这一技术瓶颈。两步法电解水制氢与传统的电解水制氢技术相比，具有空间优越调变性、简化工艺、降低造价、提高制氢效率等独特优势。 两步法电解水制氢关键在于高性能双极电极材料制备和电解槽结构设计。两步法电解水系统常用的双极电极材料是氢氧化镍，但其电子缓冲性能需要大幅提高以及充放电性能稳定问题，基于此，课题组采用简单的一步电沉积法在碳布基底上合成少量钴掺杂的柔性氢氧化镍双极电极。结果表明适当的钴掺杂能提高电极电导率和电子缓存性能，并能引起电荷再分配，并且避免在初始产氢过程中发生寄生的产氧现象。 制备具有突出催化活性和优良稳定性的非贵金属产氢产氧双功能催化剂对于碱性水电解制氢有重要意义。课题组设计了蜂窝状三维掺钼磷化镍钴和氧等离子体诱导的均相铁复合钴氧化物/磷化物纳米线双功能电催化电极，具有高耐久性和优良活性，且析氢和析氧过电位均较低。采用氢氧化镍双极电极并通过切换电流方向的方式实现不同时间、地点的产氢和产氧，电解槽具有较低的槽压、较高的解耦效率和能量转换效率。 层状双氢氧化物是一种高容量电极材料，但其有限的电容量和固有的差导电性及稳定性限制了其在储能领域的应用。目前对层状双氢氧化物电极材料的修饰方式有多种，然而往往比较繁琐或是需要严苛的高温条件以及有毒/污染性的化学试剂。基于此，课题组采用绿色且高效的低温等离子体技术辅助制备了氮掺杂镍钴层状双氢氧化物和氮掺杂还原氧化石墨烯/镍钴层状双氢氧化物双极电极，有效提升了电极的电容量和导电性等性能。 两步法电解水制氢在大规模电解储氢和野外分散式风光储氢,如5G基站、数据中心等数字新基建中具有重要意义。目前合作团队设计制造出两步法电解水制氢的试验装置，已被授权5项国家发明专利。此外，团队综述了海水电解制氢的原理和研究进展；各种电催化剂的设计策略；电催化剂性能评价；电解机理等，最后提出了海水电解技术的发展前景和面临的挑战以及未来氢能生产的发展方向。相关研究得到了合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）和国家自然科学基金等项目的支持。 论文链接： [1] https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.06.102 [2] https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.03.131 [3] https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147374 [4] https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2023.159006 [5] https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.06.135 [6] https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.05.471
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  • 《石墨烯注入碳基纳米材料用于耐用电池》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-07-02
    • 布朗大学的一个研究小组发现了一种方法，可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷材料的韧性提高一倍。《Matter》杂志描述的这一策略可能有助于将固态电池推向大众市场。 “人们对用陶瓷材料取代现有电池中的电解液非常感兴趣，因为它们更安全，而且能提供更高的能量密度，”布朗工程学院的博士后研究员、这项研究的第一作者Christos Athanasiou说。到目前为止，对固体电解质的研究主要集中在优化它们的化学性质上。在这项工作中，我们将重点放在机械性能上，希望能使它们更安全、更实用、更广泛地使用。” 电解液是电池正极和负极之间的屏障，锂离子在充电或放电时通过电解液流动。液态电解质工作得很好——它们被发现存在于今天使用的大多数电池中——但它们有一些问题。在大电流下，电解液内部会形成微小的锂金属丝，从而导致电池短路。由于液体电解质也是高度易燃的，这些短裤可能导致火灾。 固体陶瓷电解质是不易燃的，有证据表明它们可以防止锂丝的形成，而锂丝可以使电池在更高的电流下工作。然而，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用过程中可能会断裂。 在这项新研究中，研究人员想知道，在陶瓷中注入石墨烯——一种超强碳基纳米材料——能否提高材料的断裂韧性(一种材料承受开裂而不崩解的能力)，同时保持电解质功能所需的电子特性。 阿萨纳苏与布朗大学工程学教授布莱恩·谢尔登和尼廷·帕杜尔合作，他们多年来一直在使用纳米材料来加固用于航空航天工业的陶瓷。在这项工作中，研究人员制造了氧化石墨烯的微小血小板，将其与一种叫做LATP的陶瓷粉末混合，然后将混合物加热以形成一种陶瓷-石墨烯复合材料。 对复合材料的力学测试表明，与单独使用陶瓷相比，复合材料的韧性增加了两倍以上。“发生的情况是，当材料开始开裂时，石墨烯血小板将破裂的表面粘合在一起，因此需要更多的能量来维持裂纹的运行，”Athanasiou说。 实验还表明，石墨烯不会影响材料的电学性能。关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯过少则无法达到增韧效果。过多会导致材料导电，这在电解质中是不需要的。 “你希望电解质能传导离子，而不是电，”帕图尔说。“石墨烯是一种良好的导电体，因此人们可能会认为在电解液中加入导体是在搬起石头砸自己的脚。”但如果我们将浓度保持在足够低的水平，就可以阻止石墨烯导电，同时我们仍能获得结构上的好处。” 综合来看，这些结果表明，纳米复合材料可以提供一条道路，使力学性能更安全的固体电解质用于日常应用。该小组计划继续改进这种材料，尝试石墨烯以外的纳米材料和不同类型的陶瓷电解质。 “据我们所知，这是迄今为止所制造的最坚硬的固态电解质，”Sheldon说。“我认为，我们所展示的是，在电池应用中使用这些复合材料有很大的前景。”
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