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石墨烯微结构调控及其表界面
效应
研究
“石墨烯微结构的精准调控及其应用”首次实现石墨烯单晶量子点和单层石墨烯微结构的精准控制。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 近年来,石墨烯领域未获得突破性应用成果,也未找到“杀手锏”应用领域,关键是石墨烯结构调控不到位。一个基本的共识是,对石墨烯材料的结构进行设计和调控,有助于在光电器件、能源转化存储、重大疾病诊疗、污染物治理等领域取得重大突破。上海大学吴明红院士领衔的研究团队聚焦“石墨烯微结构的精准调控及其应用”取得了开创性的研究成果,首次实现石墨烯单晶量子点和单层石墨烯微结构的精准控制,在Nature及其子刊上发表十余篇系列论文,获得国家自然科学二等奖。负责人吴明红是中国工程院院士、俄罗斯工程院和俄罗斯科学院外籍院士,获国家杰出青年基金、教育部长江学者及创新团队发展计划等支持。团队依托有机复合污染控制工程教育部重点实验室,推动基础科研成果向应用转化,在生物医学、环境治理等领域取得了相关应用突破。 一、主要理论突破 聚焦于研究主题,团队在以下三个方面取得重要突破: 1)为解决传统方法制备的石墨烯缺陷多,无法量产的问题,团队在分子水平上首次使用分子融合法实现了高品质单晶石墨烯量子点的可控制备。通过对单晶石墨烯量子点精准的物理化学性质调控实现了不同亚细胞器的定位,有力推动了石墨烯量子点在生物成像、重大疾病诊疗中的应用。 2)为解决单层石墨烯容易聚集的难题,团队通过“原位复合与还原”一步法调控策略,获得单层石墨烯复合催化材料。团队首次在该材料上观测到光生电子空穴对分离的皮秒级超快过程,发现并揭示了单层石墨烯高效抽取和快速传输光电子这一重要规律,为高质量单层石墨烯复合材料在催化等领域的广泛应用奠定了坚实的理论基础。 3)精确调节石墨烯层间距,可以将石墨烯有针对性地应用于离子筛分、污染物选择性吸附等广泛领域。团队通过金属水合离子的层间插入控制氧化石墨烯层间距,在国际上首次实现了层间距在超小尺度上(1 Å)的精确控制。 二、在黑臭水体治理、地表水水质提升上的应用 地表水内源污染治理的关键是削减河道污染负荷,重建水生生态。团队以层间距可控石墨烯为基质,发展了水环境污染生态修复的叠层材料。以石墨烯为基体的复合微生物在其表面生长并形成生物膜,通过石墨烯和生物膜的协同作用,对水体污染物进行高效截留、吸附并降解。该复合技术运行成本低,治理周期短,工艺简单,无需底泥疏浚即可将地表水提升至IV类水以上水质指标,对河水的COD、氨氮和总磷,去除率达到80%以上。目前,团队已与上海宝山区政府建立多个石墨烯治理黑臭水体示范基地,显著提升当地水质环境水平。 三、石墨烯负极材料的钠离子电池储能系统应用 锂资源的匮乏,不足以支撑锂离子电池在储能市场的广泛应用,其成本较高的弊端也逐渐显露。同时国内外化学储能市场需求越来越大,促使研究者们利用资源丰富的钠元素组装得到钠离子电池。 经过对钠离子电池材料体系筛选和研究,本团队核心材料选用普鲁士蓝及其类似物作为钠离子电池正极,碳基材料作为钠离子电池负极。其中普鲁士蓝制备主要采用沉淀法及水热法,能耗更低。此外,普鲁士蓝能够作为一种染料进行使用,其安全性非常高。经过一系列放大,正极普鲁士蓝材料的充放电比容量达到160 mAh/g,碳负极材料的充放电比容量达到300 mAh/g。经过中试线生产预制,单体电池工作电压在3.2 V左右,能量密度在100 Wh/kg以上。单体电池在穿刺、挤压、外部短路、及破坏后浸水测试的情况下,均没有发生自燃和爆炸等情况,安全性高。 目前,拟搭建5条钠离子电池储能全自动生产线及相关配套设施,研发生产低成本、高安全、长寿命钠离子电池关键材料,实现高性能钠离子电池产品产业化,预计至2026年项目达产后,年产值达约22.5亿元;年亩均产值1666万元。 四、石墨烯传感材料在呼吸式血糖仪中的应用 我国糖尿病人数众多,并逐年上升。血糖检测仪与检测试纸市场规模约为460亿元,然而国外品牌却占市场份额大半。现有血糖仪采取长期有创刺血检测,存在很大感染风险,给病友带来巨大的生理和心理上的痛苦。呼吸式血糖检测无创,吹气即可检测,完美解决市场痛点。 糖尿病患者呼吸的气体中,可检测的VOCs较异常,需要高灵敏度的气体传感器进行识别。但是,常规气敏传感材料检测限与响应恢复能力不足,且难以在复杂气体氛围中实现特异性检测。团队通过对石墨烯带隙和表界面特性的精确调控,实现皮秒级载流子空穴的形成,从而实现对气体分子的快速响应,解决气体传感器灵敏度、选择性和响应恢复迅速的关键科学问题。研发的呼吸式血糖仪可满足确诊病友的日常检查、实现医院、公共场所快速筛查、手机APP记录管理以及网上专家互动诊断等功能,具有无创伤、无痛苦、便捷即时(15s)等特点,是首款呼吸式血糖检测产品。目前已二类医疗器械证书,即将已进入临床阶段。
上海大学
2022-08-16
化学反应量子几何相位
效应
研究重要进展
在化学反应中,量子干涉现象普遍存在。但是,想要准确理解这些干涉产生的根源非常困难,因为这些干涉图样复杂,且在实验上也难以精确分辨这些干涉图样的特征。H+H2及其同位素的反应,是所有化学反应中最简单的。该体系只涉及三个电子,因此比较容易精确计算出这三个原子在不同构型时的相互作用力。在此基础上,通过求解相应的描述化学反应过程的薛定谔方程,就能够实现分子反应动力学过程的计算机模拟,从而做到在微观层次上深入理解化学反应过程。研究团队在2019年先期理论研究
南方科技大学
2021-04-14
基于导模共振
效应
的生物检测系统
基于导模共振效应的生物检测系统是基于导模共振滤波器共振原理来进行生物样品的检测,具有高灵敏度,高分辨率等优点。主要是依靠检测导模滤滤波器的共振峰值的移动来实现的,当生物分子附着导模共振滤滤波器,就会引起透过或者反射峰值的变化。通过检测峰值的移动量可以分析出生物分子中抗原和抗体的结合度。
上海理工大学
2021-04-13
变温霍尔
效应
测试仪 COC-BWHL
实验内容 1、了解 HALL 效应的基本原理; 2、测量 HALL 样品在恒定磁场条件下,霍尔工作电 流与霍尔电压的函数关系; 3、测量 HALL 样品在恒定霍尔工作电流条件下,霍 尔电压与外加磁场的关系; 4、测量变温情况下,温度与霍尔系数,载流子浓度 之间的关系; 5、通过实验得出在不同温度下样品的霍尔系数和载 流子浓度,计算禁带宽
成都华芯众合电子科技有限公司
2022-06-18
第三届高校心理
健康
创新发展论坛在重庆成功召开
11月16日,第62届中国高等教育博览会第三届高校心理健康创新发展论坛在重庆召开。中国高等教育学会副会长姜恩来,中国教育技术协会副会长、秘书长,国家开放大学原党委书记、校长杨志坚出席会议并致辞。会议由中国高等教育培训中心执行主任赵锋主持。
中国高等教育博览会
2024-11-22
浙江瑞瀛
物
联科技有限公司
瑞瀛物联2011年成立于杭州,是一家致力于研究并提供IoT Mesh系统解决方案的创新科技公司,专注智慧人居、智慧酒店、智慧能源领域,公司拥有超过10年对Zigbee、蓝牙Mesh等无线通信技术的钻研及行业应用经验,是国内最早提供物联网无线通信解决方案的高科技企业之一。瑞瀛物联提供优质的IoT Mesh无线通信模组、智能网关等产品及场景化解决方案,助力客户快速实现智能设备IoT Mesh组网、场景联动、云服务接入等功能,拥抱万物互联的智能时代。公司拥有大量完全自主知识产权的物联网无线通信技术和产品,严格遵循IEEE相关国际标准和国家行业标准,产品符合FCC、CE、REACH、RoHS等国际认证规范。
浙江瑞瀛物联科技有限公司
2024-12-05
功能化四氧化三铁纳米
颗粒
该磁性纳米颗粒主要由四氧化三铁为主体,以具有良好生物相容性的可生物降解聚酯类材料为辅助剂,通过控制聚合物结构,如:侧基官能团的种类和数量,共聚物组成,序列结构及分子量等因素,获得表面带有不同活性官能团,大小及性能可控,稳定性良好的生物磁性纳米颗粒。
电子科技大学
2021-04-10
双极荷电细微
颗粒
凝聚技术
1 成果简介空气污染、能见度下降的主要原因之一是大气中飘浮的大量细微颗粒,细微颗粒的主要来源之一是工业生产中的尾气排放,低中效的旋风分离器、惯性除尘器及高效的颗粒层除尘器、静电除尘器、袋式除尘器和电袋复合式除尘器被广泛应用于机械、建材、冶金、电力等诸多行业尾气排放中的粉尘捕集,即使是高效除尘器,逃逸掉的粉尘颗粒依然也是细微颗粒。工业生产中,往往为多捕集 1%的细微颗粒,要多花费一倍的财力。 国家从环保角度考虑,已从 PM10 治理在向 PM2.5 治理过渡,致使相关的排放标准日趋严格,于是某些情况下常规三或四电场的静电除尘器已不能满足排放标准的要求,或为满足排放标准,增加更多电场而失去其在高效除尘器中造价低、运行费用低的优越性。双极荷电细微颗粒凝聚技术采取在烟道中或在电场中安装凝聚器,使粉尘颗粒荷上不同极性电荷、然后再凝聚的方式使小颗粒变成大颗粒,进而提高除尘效率,使常规静电除尘器依然满足排放标准、维持其在除尘领域的主导地位。 从 1997 年至今,我们进行了大量实验室研究及实际应用探索, 取得了理想的凝聚效果。烟道凝聚器可降低粉尘排放 40%、电场凝聚器可降低粉尘排放 50%。2 效益分析静电除尘器是高效除尘器的主导设备,以电力行业为例,电除尘器约占总除尘器的90%。用户如果用袋式除尘器替代电除尘器,由于其滤袋阻力远大于电场阻力、每隔约三年就要全部更换一次滤袋,而使得运行费用大大增加。仅以 30 万机组为例,更换一次滤袋的费用就要上千万元。而应用凝聚器后,静电除尘器本身就能达标排放,相对电除尘器本体,烟道凝聚器仅增加费用约 10%、电场凝聚器仅增加费用约 15%。3 合作方式技术转让、合作开发。4 所属行业领域能源环境。
清华大学
2021-04-13
动力总成半主动
颗粒
阻尼橡胶悬置
小试阶段/n本发明的目的是提供一种动力总成半主动颗粒阻尼橡胶悬置,可以根据汽车的运行工况实时调节悬置的动态特性,其具有结构简单可靠、制造方便以及成本低的优点。本发明是半主动控制式悬置,可以根据汽车的运行工况实时调节悬置的动态特性,可实现广谱隔振、减振、降噪性能,获得优于被动式液阻悬置的隔振性能。。由于本发明悬置较被动式液阻悬置增加了控制单元和执行机构,存在结构较复杂、成本略高等问题,还没有被广泛采用。目前处于样机试制阶段,后续的减振性能有待进一步试验验证。。但其适用于各种车辆动力隔振系统,应用范围广
武汉科技大学
2021-01-12
辐射制冷
颗粒
和蒸气凝结回收装置
本实用新型涉及蒸气回收领域,公开了一种辐射制冷颗粒和一种蒸气凝结回收装置。蒸气凝结回收装置包括蒸气凝结腔和辐射制冷颗粒,其中,辐射制冷颗粒包括:凝液体,由辐射制冷材料制成;疏液体,与凝液体相连接,由疏液材料制成;使用时,辐射制冷颗粒在介质的吹动下悬浮在介质中,用于凝结介质中的蒸气。本实用新型能在无额外能量输入,也无需吸附剂的情况下,利用辐射换热,迅速将凝结潜热释放到外界环境中,高效率地凝结蒸气。
浙江大学
2021-04-13
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