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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
一种延长重金属离子击穿时间的填埋场防渗系统
本实用新型公开了一种延长重金属离子击穿时间的填埋场防渗系统，该系统包括防渗垫层、数字直流电源、电流传感器、计算机和报警装置；防渗垫层包括由下至上层叠的下部外层高密度聚乙烯土工膜、下部导电土工布、中间膨润粘土层、上部导电土工布、上部外层高密度聚乙烯土工膜；上部导电土工布与数字直流电源负极连接作为阴极，下部导电土工布与数字直流电源正极连接作为阳极。通过上部和下部导电土工布对中间防渗垫层施加电场力，使得重金属等污染离子反向运动，从而极大地延长防渗垫层的使用寿命。中间膨润粘土层在电场力的作用下微观结构由原来的絮凝结构变为颗粒堆积结构，更好地防止污染物的迁移扩散。
浙江大学
2021-04-13
锂离子电池正负极材料、准固态锂金属电池等
万立骏院士，1957 年 7 月出生于辽宁省新金县，1987 年 6 月于大连理工大学获硕士学位，1996 年 3 月在日本东北大学获博士学位，1998 年回国到中国科学院化学研究所工作。2009 年 11 月当选为中国科学院院士。主要从事扫描探针显微学、电化学和纳米材料科学的研究。发展了化学环境下的扫描探针技术，在表面分子吸附和组装规律、纳米图案化、表面手性研究等方面取得系列成果。致力于能源转化和存储器件的表界面化学、电极材料制备方法学和材料结构性能的研究，设计制备了系列高性能纳米金属材料、金属氧化物材料和锂离子电池正负极材料等，并应用于能源和水处理领域。该工作通过光学显微镜对凝胶态聚合物电解液(GPEs)中锂离子的沉积/脱嵌过程的电化学行为及形成机理进行了研究。研究表明在低电流密度下，锂离子倾向于在电极表面均匀沉积，成微球状。当电流密度增大时，表面沉积的锂会演变成苔藓状进而形成枝状晶须。此外，作者通过剥离枝晶表面的SEI壳层，利用原子力显微镜(AFM)及电化学阻抗谱(EIS)对其尺寸，形貌，模量及电导率进行了测试。结果表明这类原位生长的SEI具有较为优异的理化特性，有希望直接引入固体电解液锂金属电池中对锂枝晶的生长进行有效的抑制。该研究阐释了锂枝晶的结构演变过程，并对其表面SEI层进行了深入的表征，有助于我们进一步认识锂金属电池的衰降机制。2020 年重要锂电成果有：Angew. Chem. Int. Ed.：通过人工非晶正极电解质界面实现持久电化学界面助力固/液态混合锂金属电池Angew. Chem. Int. Ed.：利用中温转化化学构建空气稳定、锂沉积可调节的石榴石界面Angew. Chem. Int. Ed.：准固态锂金属电池中锂枝晶及其固态电解质界面层的界面演化 J. Am. Chem. Soc.：准固态锂电池中 LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 表面正极界面层的动态演化J. Am. Chem. Soc.：全固态合金金属电池的微观机理：调节均匀锂沉积和柔性固态电解质界面演变
大连理工大学
2021-04-13
一种网状离子印迹聚合物、其制备方法及应用
本发明公开了一种选择性识别铅离子的网状离子印迹聚合物、其制备方法及其应用，属于新材料领域。利用曼尼希反应合成 8-羟基喹啉接枝明胶多肽作为功能单体，具有活性基团更加丰富、收缩/溶胀性能好，成膜性高等优点。在此基础上，提出一种物理成膜-二次溶胀-化学交联三步制备离子印迹聚合物的制备技术。通过控制溶胀所用器皿的尺寸，在特定狭小空间内完成膜材料自发扭曲/折叠，获得各种形貌的印迹聚合物。最后，经过京尼平/转谷氨酰胺酶双交联后，形成网状铅离子印迹聚合物薄膜。由于功能单体富含多种活性基团、双交联体系和独特的网状
华中科技大学
2021-04-14
离子交换纤维分离含铁铟和锌的混合溶液（产品）
成果简介：在湿法冶金中用于同时含有三价和二价金属离子的三价金属或二价金属的富集，浓缩和提纯。 项目来源：自行开发 技术领域：新材料 应用范围：在湿法冶金中用于同时含有三价和二价金属离子的三价金属或二价金属的富集，浓缩和提纯。 现状特点：目前已完成实验室模拟样品的分离和富集。 技术创新：采用离子交换纤维柱逐个分离提纯含铁铟和锌混合溶液中的铁、铟和锌。 所在阶段：可行性研究 成果知识产权：发明专利申
北京理工大学
2021-04-14
具有抗菌性能的锍盐类阳离子聚合物及制备技术
【技术背景】
细菌是感染疾病和食源性疾病中常见的病原体，特别是在医疗资源匮乏和公共卫生相对差的地区，细菌感染己成为近年来主要的健康威胁之一。目前，针对细菌感染问题的主要处理方法是使用抗生素。但是，近年来由于抗生素的滥用，导致了全球范围内细菌耐药性的增加以及耐药菌感染的不断加剧。因此，开发新型高效的广谱抗菌材料势在必行。
抗菌材料是指其本身具有杀灭或者抑制微生物生长的材料的总称，一般根据其结构的不同可以分为以下几大类：无机抗菌材料、有机抗菌材料、有机无机复合抗菌材料、天然抗菌材料以及高分子抗菌材料。其中，高分子抗菌材料基于天然及有机抗菌材料进行开发，将二者优势结合在一起，其最大的优点是分子结构的可设计性。
【痛点问题】
目前已经有研究者开始尝试合成锍盐聚合物并将其作为抗菌类产品使用，如Kanazaw等的合成4 -乙烯苄基四亚甲基锍四氟硼酸盐聚合物，结果显示该类聚合物只对金黄色葡糖球菌在内的革兰氏阳性类细菌抗菌活性较高，而对大肠杆菌在内的革兰氏阴性类细菌的抗菌活性较低，广谱性较差。而Hirayama合成的三（正烷基苯基）锍盐（TAPSs）虽然抗菌活性高，但是其急性毒性和皮肤刺激比较强。由此，合成出毒性低且具有广谱抗菌性的锍盐类阳离子聚合物仍是本领域所面临的技术难题。
【解决方案】
本成果提供了一种具有抗菌性能的锍盐类阳离子聚合物及制备技术，该类基于锍盐的阳离子聚合物具有较低的红细胞溶血毒性：本成果锍阳离子聚合物在浓度HC50≥5300µg/mL时，其红细胞溶血率依旧≤50%，具有良好的生物相容性，可以达到抗菌剂使用的安全要求；具有优异的抗菌效果，杀菌速度快，抗菌效果突出。在聚合物浓度为100µg/mL时，即可对革兰氏阳性类细菌及革兰氏阴性类细菌均有99.9%的杀菌率，杀菌活性高，具有广谱抗菌性能。
华中科技大学
2022-05-16
离子注入技术辅助制备高质量石墨烯玻璃及其应用
本项目设计开发了一种石墨烯玻璃制备方法，通过利用离子注入技术，将过渡金属粒子注入到玻璃表面，然后在石墨烯生长过程中注入的金属粒子有效提升玻璃表面对于碳源的裂解能力，并且促进石墨烯晶畴的成核和生长。这种方法成功在二氧化硅、蓝宝石、石英玻璃等绝缘衬底上制备出高质量单层石墨烯。
北京大学
2023-02-27
用于快充锂离子电池的大尺度单层颗粒电极设计
本成果提出了一种由大尺度单层颗粒组成的电极结构，该电极具有垂直于集流体的载流子传输通道，能够解决高载量电极所面临离子传输速率慢的问题。将红P负载到具有垂直排列纳米通道（~22nm）的大块石墨烯基颗粒中（红P/VAG，~60μm），设计了由大尺度单层红P/VAG颗粒组成的电极。所设计的电极能够同时实现锂离子电池的快速充电和高的能量密度，具有非常广阔的应用前景和巨大的商业价值。
华中科技大学
2022-07-05
一种用于钠离子电池的负极材料及其制备方法
本发明公开了一种钠离子电池负极材料，其特征在于，该电极 材料为碳和硫形成的复合材料，其中，所述复合材料中的碳由芳香族 化合物碳化热解得到，该复合材料中的硫可以是以单质硫形式，碳硫 键形式或氧硫键形式存在，或者其中的多种形式存在。本发明还公开 了一种钠离子电池电极材料的制备方法技巧应用。本发明的材料用作 钠离子电池负极具有高的比容量和良好的循环稳定性的特点，其制备 方法简单，原料来源广泛，成本低廉，绿色环保，安全无害。
华中科技大学
2021-04-14
一种聚合物单离子电解质及其制备方法
本发明公开了一种由-(对乙烯苯磺酰)(全氟烷基磺酰)-亚胺锂单 体和甲氧基多缩乙二醇丙烯酸酯单体共聚得到的无规共聚单离子聚合 物电解质，或嵌段共聚单离子聚合物电解质及其制备方法。本发明制 备的聚合物单离子电解质具有室温电导率高、锂离子迁移数高、玻璃 化温度和结晶度低、机械强度和成膜性能好、电化学窗口宽和热稳定 性好等优点，在锂（离子）电池、碳基超级电容器及太阳能电池等方 面有潜在的应用价值。
华中科技大学
2021-04-14