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储能电池研究最新集锦20180316

锂电快讯2018-03-16 16:49

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一、Nature:基于本征可拉伸晶体管阵列可扩展制备工艺的类皮肤电子器件

近日,斯坦福大学鲍哲南教授研究团队开发了可对不同本征可拉伸材料实现高成品率和器件性能均匀的制备工艺,    并实现了晶体管密度为347/ cm2的内在可拉伸聚合物晶体管阵列,这是迄今为止在所有已报道的柔性可拉伸晶体管    阵列中的最高密度。该阵列的平均载流子迁移率可与非晶硅相当,在经过1000次100%应变循环测试后也只有轻微改    变,同时,还无电流-电压迟滞。

基于上述制造工艺,该团队首次研发出皮肤一样属性的可拉伸集成电路元件,如有源阵列与传感器阵列集成的可拉    伸触觉电路,可粘附到人体皮肤表面,使柔性电子装置佩戴或使用更加舒适。其所开发的工艺为结合其他内在可拉    伸聚合物材料提供了一个通用加工平台,使制造下一代可拉伸类皮肤电子器件成为可能。


图1 可拉伸晶体管阵列作为类皮肤电子器件的

核心部分


 储能电池研究最新集锦20180315  


(a)可拉伸晶体管阵列作为类皮肤电子器件的核心部分的三维示意图

(b)指尖上包含108个可拉伸晶体管阵列,展示了迄今为止的最高密度:347/cm2

(c)粘贴在手腕上面积为4.4 4.4 包含6300个可拉伸晶体管的大面积阵列


图2 可拉伸晶体管阵列制备方法


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(a)制备流程图

(b)顶图:叠氮交联反应,由紫外光引发的,基于叠氮基与CH基团的反应;中图:弹性体中的聚合物链网络(蓝色,矩形平面代表刚性部分;曲折线代表柔软部分)通过叠氮化物(红色)交联成三维网络;底图:叠氮化物交联剂的化学结构,叠氮交联是光学图形化可拉伸介电层的一种普遍适用的策略

(c)基于刻蚀方法图形化可拉伸半导体层工艺,利用铜掩模版作为保护层,氟化聚合物薄膜作牺牲层

(d)基于打印方法的图形化可拉伸半导体层工艺

(e)性能表征及所展示的可拉伸晶体管阵列的单个晶体管模型

(f)含有108个晶体管的晶体管阵列光学图像,标尺:1mm

(g)单个晶体管放大图

二、Joule:新减排理论定量揭示二氧化碳化学还原助力减排深度规律近日,上海科技大学物质学院林柏霖课题组建立了二氧化碳减排新理论,创造性地用两个简单的公式来定量描     述途径众多、过程复杂的二氧化碳减排过程,首次提供了简便系统的量化指标,可用于定量比较各种具有不同     碳价态的二氧化碳电化学还原产物的本征减排能力,并定量推导出实现净负排放的前提条件,为利用化石能源     或者低碳能源驱动的电化学固定二氧化碳法,实现大规模减排提供理论依据。

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图1: 用于量化二氧化碳电化学固定法的两个质量单位能量化方程

图文解析:

根据IPCC的统计,目前全球二氧化碳的年度排放量约为410亿吨,其主要来源是化石能源的燃烧,而美国能源情报署(EIA)的预测表明,化石能源的绝对燃烧量至少在2040年之前都将继续增长。化石能源在短时间内仍是全人类能使用的最大能量形式。然而“全球碳计划”(The Global Carbon Project)公布,为达成温控目标所估测的二氧化碳可供排放额度截至2016年仅剩约8000亿吨。据此,文章做出了如果不尽快采取大规模二氧化碳减排的措施,剩余的碳配额很有可能在大约20年内耗尽的判断。

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三、Nano Energy:基于电子/离子双传导凝胶颗粒结构的高容量和长寿命锂氧气电池正极

近日,华中科技大学黄云辉教授和沈越副教授(通讯作者)等人,引入了“碎凝胶化”策略来提高Li-O2电池单位面    积容量和循环寿命。传统的具有液体电解质的Li-O2正极材料与高弹性交联聚合物凝胶化并切成50〜200 μm颗粒。    凝胶颗粒之间的间隙可以有效地将氧气引入正极的内部,使得Li2O2在厚的空气正极内部生长。同时,聚合物链的    弹性有助于保持良好的碳和Li2O2纳米颗粒之间的接触,进而改善电子传导和循环性。没有任何催化剂的情况下,    颗粒凝胶正极能够在 1000 mAh·gcarton-1的固定容量下,运行170次循环;或者在完全放电充电的11个循环期间,    比容量一直保持高于10500 mAh·gcarton-1(或12.6 mAh·cm-2)。相比较与锂离子电池的单位面积容量(≈5.5    mA h·g-1), 凝胶颗粒空气正极具有明显的优势。相关成果以“High Areal Capacity, Long Cycle Life Li-O2    Cathode Based on Highly Elastic Gel Granules”为题发表在Nano Energy上。

 【图文导读】

    图1 凝胶的内部结构示意图

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(a)凝胶颗粒内部结构图;

(b)化学的交联的聚氨酯高分子生成反应。


四、Journal of the American Chemical :新型的多功能纳米药物,可用于癌症的靶向治疗

近日,上海交通大学的张川研究员和朱新远教授研究团队通过核酸碱基分子识别构建了一种新型的多功能纳米药物,可用于癌症的靶向治疗。

与传统的纳米药物相比,多功能纳米药物输送体系在肿瘤治疗中具有更大的优势。例如,多功能纳米药物中的主动靶向组分可以提高纳米药物的特异性以及在肿瘤部位的积累,穿膜组分能够增强纳米药物进入细胞的能力,造影剂能定位纳米药物的输送过程及药物剂量。这些组分的引入增强了药物的输送效率,有效提高了药物的生物利用率。尽管目前已报道的多功能纳米粒子能有效提高纳米药物的治疗效果,但是设计和制备能够满足临床需求的多功能纳米药物体系仍旧是一大难题。首先,多功能纳米体系的合成复杂繁琐,每一种功能性单元的引入大多都需要复杂的合成、分离纯化以及分析表征,产率低、成本较高;其次,多功能纳米药物的构建大多涉及到聚合物,而聚合物本身存在分子量分布,所以最终的多功能纳米药物体系存在批次差异的问题。

针对这些问题,上海交通大学的研究团队提出了利用自然界中最常见的分子识别来构建一类简单有效的多功能纳米药物体系,克服了传统多功能纳米药物制备复杂、成本高以及批次不稳定的难题。该研究利用低价高效的核苷类似物抗癌药物作为纳米药物的主体,通过碱基分子识别引入核酸适配体和DNA荧光探针分别作为靶向和成像组分,成功制备了具备靶向、成像和治疗功能的多功能纳米药物体系。

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这种构建方法除了药物分子外仅需用到生物体大量存在的油酸和DNA分子,不仅有效避免了引入功能组分带来的复杂化学合成以及中间产物的纯化,而且产率较高,功能性组分可以根据需求进行自由调控,有利于实现其在临床医学上的个性化治疗。该方法具有普适性,可适用于几乎所有的核苷类似药物以及功能性核酸。此外,该研究的另一个创新点在于非常方便地实现了亲水性较强的核苷类似物抗癌药物纳米化制剂的制备。传统纳米药物输送体系大多以负载疏水性药物为主,进而实现药物的増溶、改善组织分布、降低毒性。而核苷类似物亲水性较强,生物体内扩散快,导致药物对正常细胞也具有很强的毒性,带来极大的副作用。将其通过自组装的方式制备成纳米化制剂能够充分利用纳米化效应、靶向效应,进而提高药效、降低毒性。因此,利用分子识别构建多功能的纳米药物为癌症的治疗提供了新的发展思路,在癌症的诊断和治疗上具有重大的意义。


五、Angew. Chem. Int. Ed.:高价负电荷超分子笼负载的过渡金属纳米颗粒

不久之前,美国德克萨斯A&M大学的周宏才教授课题组将钌离子装进一个带有30个负电荷的超分子笼,进行原位还原从而合成了尺寸均一、高分散、面心立方晶型的钌纳米颗粒,而这样的笼-纳米颗粒复合体作为高效均相催化剂在氨硼烷催化醇解产氢反应中实现了目前报道的最高的转化频率(TOF)值。最近,他们将这一方法运用到过渡金属中,制备了尺寸均一(2.5纳米)、面心立方晶型的钴纳米颗粒。更重要的是,他们引入了结构和空腔基本一样的两个超分子笼,用来寻找影响合成纳米颗粒和催化反应活性的关键因素。最后,他们发现只有高价负电荷的超分子笼PCC-2a可以包裹均一的钴纳米颗粒,并且阻止其沉降。如果换成负电荷只有其五分之一的PCC-2b,只能形成沉降的钴纳米颗粒。这两种情况下生成的笼-纳米颗粒复合体也表现出截然不同的催化活性。其中,高价负电荷的超分子笼包裹的钴纳米簇(nanoclusters,NCs)Co NCs@PCC-2a的TOF能够达到90.0 min-1,已经逼近一些贵金属纳米颗粒催化剂的活性。而笼-纳米颗粒分相的Co NCs/PCC-2b的催化活性甚至连参照物Co NCs/PVP都不如(图1)。

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图1. 不同电荷的PCC-2超分子笼对于过渡金属纳米颗粒合成及催化活性的影响。图片来源:Angew. Chem. Int. Ed. 


六、Journal of the Americen Chemical Society:金属表面CO2聚集形成准凝聚态相

美国波士顿学院的宗家洸教授课题组一直致力于纳米孔洞材料在催化、能源、生物医疗等方面的应用。近日,该课题组与新加坡南洋理工大学的林歆怡教授、上海科技大学的卓联洋教授团队合作,首次发现将MOF包覆于金属表面,MOF可将二氧化碳分子大量集中并富集于金属表面,甚至可在室温和1个大气压的环境下(1 bar和298 K)将二氧化碳在金属表面聚集形成准凝聚态相。该过程采用原位实时表面增强拉曼散射光谱表征技术观察,阐明了气体注入过程中的分子动力学,相关研究成果发表于国际知名化学期刊Journal of the Americen Chemical Society。该工作将对许多气-固反应的运用带来巨大的改变,例如异相催化反应。

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气体分子与固态表面的碰撞是诸多科学技术中的重要步骤,而提高碰撞频率是增强其效能的关键。传统方法中较高的碰撞频率是利用高能量的输入来达到的,例如增加体系的压力或升高体系的温度。该研究提供了一种降低高能浪费的新思路,利用金属有机框架(MOFs)富集特定气体分子的功能来局部增高固体表面的气体分子浓度,这种方法可以有效地提高气体分子与固体表面的碰撞频率,同时还能保持体系处于较低的温度与气压下。在该研究中,固体纳米粒子被MOF包覆,为了使用表面增强拉曼光谱(SERS)观察二氧化碳分子的表面分子行为,系统由ZIF-8包覆的银纳米立方体组成。沸石咪唑类材料框架-8(ZIF-8)沉积在已接枝表面探针分子(4-甲基苯硫酚)的银(Ag)纳米立方体阵列的界面。体系中ZIF-8作为CO2吸附层,具有等离子活性的银纳米立方体提供SERS灵敏度,表面修饰的4-甲基苯硫酚官能团作为光谱探针来追踪固体界面附近CO2分子的变化。系统在持续CO2气流的环境中,现场以灵敏SERS响应来探测界面上CO2的动态相互作用。储能电池研究最新集锦20180315

根据文章报道,在1个大气压与室温条件下(1 bar和298 K),MOF可以使二氧化碳大量聚集于固体表面,并形成准凝聚态。该凝聚态使CO2的表面覆盖率增加了18倍,并且发现固体表面CO2分子发生从直线型到弯曲型构象的改变,研究发现这种构象改变并没有化学键形成。此类“无化学键形成的CO2构象的改变”仅在液态CO2及气压105 bar以上可以观察到。该工作不仅能促进气体分子和固体表面相互作用研究的发展,也为催化转化领域如二氧化碳还原提供了新的异构反应途径。实验和模拟的结果也可以帮助合理解释许多先前报道的研究成果,如固体与MOF体系中反应活性增加等。

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