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“石墨烯体系中的阳离子-π相互作用”的研究成果
近日，清华大学材料学院朱宏伟教授团队在《先进材料》（Advanced Materials）上在线发表了题为“石墨烯体系中的阳离子-π相互作用”（Cation-π Interactions in Graphene Containing Systems for Water Treatment and Beyond）的长篇综述论文，系统总结了石墨烯体系中的阳离子-π相互作用在水处理（膜分离、吸附）、新材料合成、纳米发电、能量存储及溶液/复合材料分散等应用中所发挥的关键作用，分析了阳离子-π相互作用的影响机理，综述了现阶段相关理论工作进展，讨论了石墨烯体系中的阳离子-π相互作用研究中存在的问题，展望了未来潜在的研究方向。
阳离子-π相互作用是一种非共价相互作用，在自然界，尤其是生命体中普遍存在，在诸多生命反应进程中必不可少。近年来，阳离子-π相互作用在生物学、化学、物理学中的重要性被广泛关注。石墨烯是碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，可被视为一种独特的芳香族大分子。阳离子和石墨烯中离域π电子之间的相互作用会引起阳离子在石墨烯表面的富集、溶液中离子及石墨烯结构中电子的重新分布，进而影响石墨烯材料的本征性质及基于石墨烯的器件的性能。深入理解石墨烯体系中的阳离子-π相互作用，对于石墨烯特性的调控、器件的优化设计具有重要意义。
石墨烯体系中的阳离子-π相互作用及其应用
近年来，朱宏伟教授团队在石墨烯等新型二维材料的可控制备、结构设计及其在能源（太阳能电池、光电探测、光电催化）、环境（水处理、空气净化、土壤治理）、柔性传感器件等领域开展了大量研究工作，取得了一系列重要进展。该综述论文以石墨烯体系中的阳离子-π相互作用为切入点，对相关研究报道进行了梳理和讨论，并对其发展趋势和前景进行了展望。
本文通讯作者为朱宏伟教授，第一作者为清华大学材料学院2016级博士生赵国珂。本研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目和面上项目资助。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905756
清华大学
2021-04-11
用于燃料电池的复合石墨流场板
成果与项目的背景及主要用途：
流场板（双极板）是质子交换膜燃料电池中的重要部件。目前，质子交换膜燃料电池广泛采用的流场板（双极板）主要有机加工硬质石墨板、机加工金属板和注塑碳-塑复合材料双极板三种类型。这三类流场板各有显著的优点，但是各自的缺点也较突出。为实现燃料电池商品化，需要更低成本和更适应批量化生产的流场板。为此，我们开发了基于天然鳞片石墨材料和模压成型工艺的复合石墨流场板技术。经过努力研究，现在形成的技术可以大幅度降低流场板的材料成本和加工成本，实现高生产率，同时使导电率（>10S/cm）、氢气透过系数（<1×10-4 cm3 /s.cm2）、热传导系数（>20W/m.K）以及抗压强度（>10MPa）等指标均满足双极板材料性能的要求。复合石墨流场板的主要用途是作为质子交换膜燃料电池的双极板。
技术原理与工艺流程简介：
技术原理：
复合石墨流场板主要由天然鳞片石墨和聚合物组成。天然鳞片石墨具有良好的导电和导热性能，且化学稳定性好，耐腐蚀，从而保证复合流场板具有良好的导电及导热性能。聚合物的添加可以提高复合流场板的强度，并且使复合板阻气性能得到改善，以实现双极板分隔氧化剂和还原剂的功能和满足燃料电池堆对双极板机械性能的要求。
工艺流程：配料→装料→升温→模压→降温→脱模→成品
技术水平及专利与获奖情况：
目前已开发和制备出工作面积为 100mm×100mm 的流场板。并可根据需要加工具有不同尺寸和流场形式的流场板。
应用前景分析及效益预测：
随着能源的消耗持续增长，能源短缺问题日益凸现。燃料电池的发展必然受到越来越广泛的重视。质子交换膜燃料电池是目前应用前景最广且发展最快的一类燃料电池。随着质子交换膜燃料电池的发展和普遍应用，复合石墨流场板因价格低和适应批量生产的优势显示出巨大的市场潜力和经济竞争力。
应用领域：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池及其它电化学反应器。
合作方式及条件：面议
天津大学
2021-04-11
碳纳米管海绵功能复合材料的可控制备及储能应用
碳纳米管海绵材料具有轻质、柔性、抗腐蚀、耐高温等特点。微观上具有三维多孔结构，能够承受大应变的反复压缩而不坍塌，同时，碳纳米管互相搭接形成高导电的三维网络。这种综合的优良力学和电学性能使得碳纳米管海绵在功能复合材料、吸附过滤等领域具有广阔的应用前景。近年来，随着社会对清洁、可再生能源的日趋重视，各种能量转换和存储器件的研究如火如荼。
北京大学
2021-02-01
钼硫化物碳纳米复合材料电催化析氢催化剂项目
氢能源是高效的绿色能源，如何低廉高效的大规模生产是制约其应用的一个关键因素。近年来，电解水制氢受到学术界广泛关注，寻找廉价高效的非铂电催化剂成为时下研究热点。本项目分别采用辐射法及水热法制备了钼硫化物/碳纳米复合材料,其催化析氢性能优于商用Pt/C（20%Pt）催化剂，而且具有良好的催化稳定性,适合大规模制备。
北京大学
2021-02-01
一种高熵合金增强的铝基复合材料及其制备方法
该专利技术由广东兴发铝业有限公司和华南理工大学共同开发，并在广东兴发铝业有限公司进行产业化实施。解决了现有技术中颗粒增强铝基复合材料的强度和塑性不能兼顾的问题，满足了地铁等轨道交通对强度、硬度和韧性的高要求。专利产品“地铁刚性悬挂汇流排铝合金型材”具有轻量化、强度高、韧性好、导电性能好、载流界面大、易安装等优点，被认定为“广东省高新技术产品”，在广州地铁、佛山地铁、上海地铁等轨道交通建设中得到广泛的应用，得到应用单位的高度认可。截至2017年12月底，专利实施企业累计新增销售额1.9895亿元，累计新增利润1795.3万元，累计创汇达615.4万元。获得了中国专利优秀奖。
华南理工大学
2021-04-10
用于制备金属软磁复合材料的绝缘粘结剂及其使用方法
本发明公开一种用于制备金属软磁复合材料的绝缘粘结剂及其使用方法。本发明绝缘粘结剂是一种纳米改性有机硅树脂绝缘粘结剂，成分由有机硅树脂和无机纳米分散液组成。该绝缘粘结剂大幅度提高了有机硅树脂的耐热温度，提高了磁粉芯的力学强度，成分选择合理使用效果好，对铁基、镍基和其他成分的金属软磁磁粉都有很好的绝缘粘结效果。采用本发明提供的绝缘粘结剂所制备的磁粉芯具有综合的优良磁性能和力学性能。
浙江大学
2021-04-11
牵伸分散纳米粒子技术及其在聚合物复合材料中的应用
本技术成果涉及纳米材料及其在聚合物中应用 的关键技术研究，属于新材料高新技术领域。针对 纳米粒子难以在聚合物中均匀分散的难题，将材料 结构设计和熔融共混工艺相结合，创新性地提出运 用加工手段诱导纳米粒子在塑料成型加工时分散的 技术。采用纳米粒子接枝改性、双重界面调控、预 牵伸等，通过改变加工条件和加工手段达到强制分 隔纳米粒子团聚体、实现纳米分散结构的目的。制备具有显著增强增韧效果的纳米无机粒子填充聚合物复 合材料，实现通用塑料工程化。本成果的技术特点：1.技术创新程度高，本技术在保持传统的塑料加工方 法的基础上，通过合理控制加工条件和加工手段，另辟蹊径解决纳米分散难题，其成果在纳米复合材料领 域属国际首创；2.科学思想新颖；3.材料性能优异；4.工艺简单、技术实用。
中山大学
2021-04-10
一种高磁导率低损耗金属软磁复合材料及其制备方法
本发明公开了一种高磁导率低损耗的金属软磁复合材料及其制备方法。该软磁复合材料的组成以原子比表示满足下式：Fe100-x-y-zSixPyMz，其中M选自Cr、V、Al、Mn中的一种或多种，下标x、y、z表示相应合金元素的原子百分比，满足以下条件：2≤x≤15，0≤y≤5，0＜z≤5。所制得的金属软磁复合材料具有高磁导率、低损耗，且工艺简单，利于成型，并具有一定的成本优势。
浙江大学
2021-04-11
酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法
本发明公开了一种酸性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。采用酸性烤蓝工艺在软磁合金粉末表面包覆由尺寸均匀的纳米Fe3O4形成的包覆层，经粘结、压制成型、热处理工艺，制备新型的软磁复合材料。本发明的优点是：采用酸性烤蓝工艺制备Fe3O4方法简单，并且容易控制Fe3O4层的厚度, 由于该反应是原位反应，因此制备的绝缘层致密，与磁粉的结合度高。与传统的软磁复合材料相比，由于绝缘层为亚铁磁性的Fe3O4，有效减少了磁稀释现象，从而可以得到具有高饱和磁通密度、高磁导率的软磁复合材料。
浙江大学
2021-04-11
碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法
本发明公开了一种碱性烤蓝工艺制备高饱和磁通密度软磁复合材料的方法。采用碱性烤蓝工艺使磁粉表面氧化生成一层均匀的Fe3O4的绝缘层，然后经粘结、压制成型、热处理工艺，制备新型软磁复合材料。本发明的优点是：采用碱性烤蓝工艺制备的Fe3O4是在软磁粉末的表面原位生长，因此绝缘包覆层与磁粉之间结合度高，并且包覆均匀致密；由于Fe3O4具有较高的电阻率，因此具有较好的绝缘效果；另一方面，用亚铁磁性的Fe3O4作为绝缘包覆剂，克服了传统非磁性物质作为包覆剂的磁稀释现象，可以获得更高的磁导率及磁通密度；碱性烤蓝工艺操作简单，成本较低，有利于实现工业化生产。
浙江大学
2021-04-11