软机器人的运动行为研究进展

软机器人的出现不仅弥补了传统机器人的缺点,并逐渐成为机器人领域的热点和前沿之一,近年来该领域研究进展十分迅速。本文总结了典型软机器人的运动行为的研究进展,介绍了软机器人按材质类型的分类(包括液晶软机器人、生物分子软机器人、PDMS软机器人、液体软机器人和自振荡凝胶软机器人)及其功能和潜在应用,讨论了当前不同类别软机器人运动的特点和存在的问题,在此基础上展望了软机器人领域面临的机遇、挑战和未来发展方向。     

太阳能光催化分解水制氢※

利用太阳能光催化分解水制氢是解决能源环境问题并实现太阳能有效转化和储存最有前途的技术之一, 这一“圣杯”式反应经过几十年不懈努力取得了诸多重要研究进展. 本文将综述光催化分解水制氢体系的基本概念、活性测试方法与注意事项、光催化材料种类等; 并从光催化分解水制氢的光吸收、光生电荷分离和表面催化反应等基本过程和关键科学问题的角度总结其重要研究进展, 最后对于太阳能光催化分解水制氢的挑战和潜在的发展方向进行分析和展望. 希望通过本综述的简要介绍能让刚从事光催化分解水制氢研究的青年科技人员清晰地了解掌握该领域的一些基本概念、操作规范、研究总体进展和现状等.     

钙钛矿光伏电池封装材料与工艺研究进展

钙钛矿太阳能电池作为第3代新概念太阳能电池,具有高光电转换效率、低成本和可柔性加工等优点,近年来发展迅速,其光电转换效率从一开始的3.8%增长到近期的25.5%,逐渐比肩硅电池,已接近商业化应用水平。目前,实现钙钛矿太阳能电池产业应用的关键环节在于电池封装,它不仅可以解决钙钛矿光伏器件稳定性问题,还可以实现电池安全、环保和延长使用寿命等要求。结合近十几年来钙钛矿光伏电池封装材料和封装工艺两方面的发展现状,文中介绍了钙钛矿电池封装领域取得的成果和存在的不足,讨论了目前现有封装技术的优缺点,以及它们适用的不同器件类型。着重在不同温度湿度条件下,比较了不同封装材料性能、封装工艺条件对钙钛矿电池效率及稳定性的影响,归纳出影响钙钛矿电池薄膜封装效果的3个关键因素： 聚合物的弹性模量、水蒸气透过率、加工温度。比较了不同聚合物薄膜封装材料适宜的加工温度、优缺点及加工成本。可以看出,随着钙钛矿光伏电池工业化需求的强烈增长和人们对其封装材料研究的不断深入,研究适合大面积生产和光伏建筑一体化的新型功能聚合物封装材料将是必然趋势。     

表面限域掺杂提升高比能正极材料稳定性

Lithium ion batteries (LIBs) have broad applications in a wide variety of a fields pertaining to energy storage devices. In line with the increasing demand in emerging areas such as long-range electric vehicles and smart grids, there is a continuous effort to achieve high energy by maximizing the reversible capacity of electrode materials, particularly cathode materials. However, in recent years, with the continuous enhancement of battery energy density, safety issues have increasingly attracted the attention of researchers, becoming a non-negligible factor in determining whether the electric vehicle industry has a foothold. The key issue in the development of battery systems with high specific energies is the intrinsic instability of the cathode, with the accompanying question of safety. The failure mechanism and stability of high-specific-capacity cathode materials for the next generation of LIBs, including nickel-rich cathodes, high-voltage spinel cathodes, and lithium-rich layered cathodes, have attracted extensive research attention. Systematic studies related to the intrinsic physical and chemical properties of different cathodes are crucial to elucidate the instability mechanisms of positive active materials. Factors that these studies must address include the stability under extended electrochemical cycles with respect to dissolution of metal ions in LiPF₆-based electrolytes due to HF corrosion of the electrode; cation mixing due to the similarity in radius between Li⁺ and Ni²⁺; oxygen evolution when the cathode is charged to a high voltage; the origin of cracks generated during repeated charge/discharge processes arising from the anisotropy of the cell parameters; and electrolyte decomposition when traces of water are present. Regulating the surface nanostructure and bulk crystal lattice of electrode materials is an effective way to meet the demand for cathode materials with high energy density and outstanding stability. Surface modification treatment of positive active materials can slow side reactions and the loss of active material, thereby extending the life of the cathode material and improving the safety of the battery. This review is targeted at the failure mechanisms related to the electrochemical cycle, and a synthetic strategy to ameliorate the properties of cathode surface locations, with the electrochemical performance optimized by accurate surface control. From the perspective of the main stability and safety issues of high-energy cathode materials during the electrochemical cycle, a detailed discussion is presented on the current understanding of the mechanism of performance failure. It is crucial to seek out favorable strategies in response to the failures. Considering the surface structure of the cathode in relation to the stability issue, a newly developed protocol, known as surface-localized doping, which can exist in different states to modify the surface properties of high-energy cathodes, is discussed as a means of ensuring significantly improved stability and safety. Finally, we envision the future challenges and possible research directions related to the stability control of next-generation high-energy cathode materials.     

石墨烯纤维材料的化学气相沉积生长方法

石墨烯纤维材料是以石墨烯为主要结构基元沿某一特定方向组装而成或由石墨烯包覆纤维状基元形成的宏观一维材料。根据组成基元的不同可将石墨烯纤维材料分为石墨烯纤维和石墨烯包覆复合纤维。石墨烯纤维材料在一维方向上充分发挥了石墨烯高强度、高导电、高导热等特点,在智能纤维与织物、柔性储能器件、便携式电子器件等领域具有广阔的应用前景。随着化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)制备石墨烯薄膜技术的发展,CVD技术也逐渐应用于石墨烯纤维材料的制备。利用CVD法制备石墨烯纤维可避免传统纺丝工艺中繁琐的氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)还原过程。同时,通过CVD法直接将石墨烯沉积至纤维表面可以保证石墨烯与纤维基底之间强的粘附作用,提高复合纤维的稳定性,同时可实现对石墨烯质量的有效调控。本文综述了石墨烯纤维材料的CVD制备方法,石墨烯纤维材料优异的力学、电学、光学性质及其在智能传感、光电器件、柔性电极等领域的应用,并展望了CVD法制备石墨烯纤维材料未来的发展方向。     

后疫情时代微信融入无机化学实验教学的初探

针对后疫情时代的教学需要和地方高校的信息化教学资源的不足,通过创建微信公众号和微信群,初步探索了微信融入无机化学实验教学的新模式。课前通过公众号的推文引导学生进行有目标的预习,养成自主学习和独立思考的习惯。课堂中,先通过微信群进行预习测试,并基于测试反馈调整需要重点讨论的实验要点,再通过微信群共享师生在实验过程中对实验操作、实验现象和实验结果拍摄的照片或视频,充分激发学生兴趣,提升学生的能力。课后结合拍摄的错误操作的照片撰写公众号推文,进行实验反馈,帮助学生形成反思的习惯。     

原位透射电镜研究正交相五氧化二铌纳米片的电化学储钠机制

由于正交相五氧化二铌(T-Nb₂O₅)为ReO₃型层状结构,锂、钠离子可以在其(001)平面快速脱嵌,而在[001]方向的传输一般较难。本研究通过原位透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)方法研究钠在T-Nb₂O₅纳米片(001)面内及[001]方向的钠离子电化学嵌入行为,发现由于纳米片晶体存在大量的位错和畴界,钠离子可通过这些缺陷穿越(001)面扩散,并进而在深层的(001)面内快速扩散。同时,本研究还发现刚合成的T-Nb₂O₅纳米片在[001]方向上存在调制结构,存在交替分布的压应变和张应变区域,而钠离子的嵌入可以调节这些应变分布。     

磁性三维氮掺杂碳纳米材料对6种双酚类化合物的吸附性能及其在泡腾分散微萃取中的应用

采用简单高温煅烧法成功制备了磁性钴镍基氮掺杂三维碳纳米管与石墨烯复合材料(CoNi@NGC),将其作为吸附剂用于水体中6种双酚类化合物(BPs)的吸附性能和机理研究。将CoNi@NGC复合纳米材料用作萃取介质,运用酸碱泡腾片的CO₂强力分散作用,开发了泡腾反应强化的分散固相微萃取前处理方法,结合高效液相色谱-荧光检测(HPLC-FLD)快速定量饮料中痕量BPs。采用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外光谱、氮气吸脱附、X射线光电子能谱和磁滞回线等技术手段对材料形貌结构进行表征,结果显示:该吸附剂成功实现氮元素的掺杂,且具有较大的比表面积(109.42 m²/g)、丰富的孔径及较强的磁性(17.98 emu/g)。吸附剂投加量、pH、温度、时间等因子优化试验表明:当pH=7,在初始质量浓度为5 mg/L的BPs混合溶液中投加5 mg CoNi@NGC, 298 K反应5 min,对双酚M(BPM)、双酚A(BPA)的吸附率分别高达99.01%和98.21%。作用90 min时对双酚Z(BPZ)、BPA、BPM的吸附率近100%。在吸附过程中,BPs与CoNi@NGC之间的整个吸附过程主要受氢键、静电作用和π-π共轭作用共同控制。整个吸附过程符合Freundlich吸附等温线模型和准二级动力学方程,吸附自发进行。进一步将CoNi@NGC作为萃取介质制备成磁性泡腾片,利用泡腾分散微萃取技术高效富集和提取6种盒装饮料中的BPs,优化了影响富集效果的泡腾片的存在与否、洗脱剂种类、洗脱时间、洗脱体积等关键因子,在最佳萃取条件下(pH=7,投加5 mg CoNi@NGC, 2 mL丙酮洗脱6 min),结合HPLC-FLD,新开发的泡腾分散微萃取方法提供的检出限为0.06~0.20 μg/L,定量限为0.20~0.66 μg/L,日内和日间精密度分别为1.44%~4.76%和1.69%~5.36%,在实际样品中不同水平下的加标回收率为82.4%~103.7%,在桃汁中检测到BPA和双酚B(BPB)分别为2.09 μg/L和1.37 μg/L。再生试验表明该吸附材料至少可以重复使用5次以上,显著降低了分析的试验成本。与其他方法相比,该方法具有灵敏度高、萃取速度快、环境友好等优点,在常规食品污染监测中具有较强的应用价值。     

纳米催化剂在CO_(2)加氢制甲醇中的研究进展北大核心CSCD

为减缓温室效应,将CO_(2)转换成高附加值的甲醇是减少CO_(2)排放的有效途径,而高效催化剂是CO_(2)加氢制甲醇反应规模化的关键.可调控合成的具有量子尺寸效应的纳米催化剂在该反应上具有独特的优势.因此我们深入探讨了反应机理,综述了纳米材料在CO_(2)加氢制甲醇中的研究进展,最后给出了高效催化剂可能的发展方向.