“水-醚”电解质基水系锂离子电池的稳定电化学界面研究

“水-醚”电解质基水系锂离子电池的稳定电化学界面研究

北京理工大学材料学院陈人杰教授课题组在新型水系锂离子电池电解质方面取得新的研究进展。相关成果发表于Advanced Materials。传统商业锂电池大多数采用的是有机液体电解质，其在使用过程中存在着泄漏、挥发、氧化分解及热失控等问题。论文提出了一种新型的“ether-in-water”electrolyte（EIWE）水系混合电解质，将电化学稳定窗口扩大到4.2V，并进一步采用红外/拉曼光谱对形成的新的溶剂化结构中组分间的相互作用进行了分析，并结合DFT和AIMD模拟，对成膜机理进行了深入研究。这种独特的电解质结构为在水系电池中建立稳定的界面提供了新的设计思路。

镁合金室温成形性调控研究

重庆科技学院杨青山副教授、西南大学宋波副教授和重庆大学蒋斌教授等人合作，利用孪生变形实现镁合金板材织构的改变，进而提升镁合金板材的室温成形性能。相关论文发表于Journal of Magnesium and Alloys。论文阐述了{10-12}孪生是一种重要的变形机制，可在低应变下大量地引入（<8%），可诱发晶格发生？86.3°的旋转并形成孪晶织构，有效提高镁合金室温成形性。对于具有基面织构的镁合金板材而言，沿厚度方向的小应变压缩可在基体中引入大量的拉伸孪晶。孪晶的c轴聚集在压缩轴的方向。这种孪生织构可以极大地提升镁合金板材的厚度变形能力，进而提升板材的室温成形性能。

仿生矿化材料研究进展

江南大学化学与材料工程学院陈明清教授团队的新研究为仿生矿化凝胶的应用扩大了制备基础，也为仿生矿化材料的合成提供了一定的理论指导。相关论文发表于Chemical Communications。聚丙烯酸（PAA）能够模仿蛋白质的功能，在水溶液中控制碳酸钙的生长。其中，较高的分子量的PAA在控制碳酸钙生长的同时，也会因和碳酸钙的界面相互作用而物理交联，得到塑性的、可自修复的矿化复合凝胶。论文建立了以库仑定律为核心的界面相互作用模型，提出相比钙离子更高价态和更大离子半径的稀土离子能够形成类似矿化凝胶的假设，并被实验结果验证。所得凝胶保留了塑性和自修复性，并引入了稀土元素特殊的荧光性质。

柔性相变储能材料

中国科学院大连化学物理研究所史全研究团队与吴忠帅研究团队合作，开发了一种柔性相变储能材料膜，并将其与柔性石墨烯膜相结合应用于可穿戴热管理器件。相关论文发表于Energy Storage Materials。该相变材料膜具备表观的固—固相变特性，相变焓和相变温度在一定范围内可调，冷热循环1000次后仍然表现出稳定的相变性能。此外，该相变材料膜表现出优异的本征柔韧性，可折叠或裁剪成任何形状，可制备大尺寸膜，为大规模制备柔性相变材料膜提供了可能。该相变材料膜与吴忠帅团队开发的柔性石墨烯膜集成得到柔性热管理器件，可在不同温度、光照及电加热情况下表现出优异的温度控制、光热转化及电热转化性能。

非角度依赖光子材料研究进展

天津大学材料学院宋东坡教授与剑桥大学同行合作，基于两亲性刷形嵌段共聚物发展了一种易于规模化的单步制备策略，合成具有短程有序且各向同性结构的多孔微球。相关成果发表于Advanced Materials。他們利用剪切力控制光学结构生长的有效方法，制备了具有结构色的多孔微球（光子颜料）。该光子颜料无需折射率匹配或者宽谱吸收剂就可以显著削弱虹彩现象（从而拓宽可视角度）并提高色彩纯度，其中的刷形嵌段共聚物P（PSNB）-b-P（PEO-NB）作为“表面活性剂”被溶于甲苯中，并在水中进行乳化，形成的微球的结构色现象来源于微球内部短程有序结构的相干散射，因此能够在微球的整个横截面观察到反射颜色。

多晶材料内耗峰值的尺寸效应研究

中国科学院力学研究所段闯闯等人从微观变形机理出发，就晶界中的粘弹性蠕变与扩散耦合，发展了用于描述晶界中粘弹塑性变形的数值方法来研究多晶体中晶界弛豫引起的内耗。相关论文发表于Acta Materialia。通过建立三维多晶模型，计算了其损耗模量频率谱，发现除了晶界切向应力的弛豫会导致损耗谱上产生耗散峰（“葛式峰”）外，晶界法向应力的弛豫也会引起耗散峰的出现。这一双峰弛豫临界频率与晶粒尺寸d具有不同的幂律关系，其中低频峰临界频率正比于d-3，高频峰临界频率正比于d-1，同时研究了两个耗散峰存在的条件，发现高频的“葛式峰”由晶界的粘滞性滑移引起，低频峰由晶界的法向弛豫导致。

污水处理新材料

浙江农林大学教授陈亮团队通过实验和理论结合，利用改进电子束辐照还原方法，实现了在氧化石墨烯中对环氧基团的精确去除，同时保留了大量羟基。相关论文发表于Carbon。通过改进电子束辐照的实验方法，形成以氢自由基为主的辐照环境，成功实现了环氧基团的选择性还原。制备得到的还原氧化石墨烯，在含氧量显著下降的同时具有极好的亲水性。制备的石墨烯膜在截留有机污染物和重金属废液时，展示出超高渗透性能和截留稳定性能。在对污水中甲基蓝、副品红、罗丹明B等常见的有机染料和铁离子、铅离子、铜离子等过渡金属离子进行有效截留的同时，还保持了超高水通量。

用于靶向治疗小鼠炎症性肠病口服纳米酶

南京大学现代工程与应用科学学院魏辉教授等人与合作者研制备了一种具备活性氧（ROS）有效清除活性、消化道高稳定性和结肠炎症部位靶向能力的口服氧化铈（CeO2）纳米酶与天然负电性的蒙脱土（MMT）纳米酶药物CeO2@MMT。相关论文发表于Advanced Functional Materials。炎症性肠病（IBD）是一种难以治愈的慢性疾病。常见的临床疗法是利用小分子药物、抗生素或抗体进行治疗，但由于治疗缺乏特异性，长期使用可能造成免疫反应、抗生素耐药性、多并发症等问题。这种新型的纳米酶药物设计方法弥补了CeO2和MMT各自的缺陷，将两者的性能优势最大化结合，产物呈现出了显著的小鼠结肠炎模型改善能力。