含异原子石墨炔基电极材料的研究进展

碳材料具有价格低廉、 易制备、 环境友好、 导电性高、 比表面积大以及适合离子存储和迁移等优点, 已成为目前应用于电化学储能器件电极的重要材料之一. 石墨炔(GDY)是一种新型的二维碳同素异形体, 由sp²碳杂化形式的苯环和sp碳杂化形式的炔键构成. 这种独特的化学结构一方面保持了碳材料良好的导电特性, 另一方面形成了新颖的离子传输通道, 为碳材料带来了不同的离子传输和存储特性. 与此同时, 由于石墨炔的空间结构可调性, 可以通过引入异原子微调石墨炔电子结构, 拓展石墨炔在电极材料领域的应用. 本文重点对近几年异原子杂化石墨炔基电极材料在锂离子电池、 钠离子电池、 金属硫电池、 电容器、 金属空气电池和电极保护等储能领域的研究工作进行总结, 并对未来石墨炔类材料在储能领域的发展进行了展望.     

石墨炔纳米材料的制备及在电化学能源中的应用

石墨炔纳米材料的制备与应用是石墨炔材料研究的重要方向, 通过对其纳米结构进行设计与优化, 可以提高石墨炔材料及其杂化结构的性能, 拓展其在能源储存与转换领域的应用. 本综述介绍了不同形貌和结构的石墨炔基纳米材料, 如纳米墙、 纳米片、 纳米薄膜等结构. 阐述了不同结构特征的石墨炔基纳米材料在电化学储能器件以及电化学能源催化中的应用, 同时也探讨了石墨炔不同纳米形貌和结构在能源应用领域快速发展的机遇及所面临的挑战.     

石墨炔衍生物的合成与应用

石墨炔是由sp和sp²两种杂化碳构成的新型二维碳同素异形体。基于石墨炔化学合成规律和独特优势,利用其他芳炔前体替代六乙炔基苯,可以获得结构特异、尺寸可控的石墨炔基衍生物,而局域碳骨架的改变可以实现石墨炔衍生物性能调控,包括电导率、带隙、迁移率、空腔尺寸和电荷分离等。这类具有优良半导体性能的石墨炔基衍生物可以广泛应用于电化学储能、电催化、光电转换器件、非线性光学等诸多领域。本文主要综述了近年来石墨炔衍生物的优化设计、结构表征和光电性能,并对其代表性应用进行了总结和展望。     

二维碳石墨炔的结构及其在能源领域的应用

从二维碳材料石墨炔(GDY)的分子和电子结构出发,重点论述石墨炔在能源存储和转换两个领域的应用,包括最新的理论和实验进展。石墨炔独特的三维孔隙结构,使得石墨炔在锂存储和氢气存储应用中具备天然的优势,既可以用作锂离子相关的储能器件,包括锂离子电池、锂离子电容器等;也可作为储氢材料,用于燃料电池等。通过掺杂的方法,还能进一步提高石墨炔储锂和储氢的性能。由于sp炔键和sp²苯环的存在,使石墨炔具有多重共轭的电子结构,在具备狄拉克锥的同时,其带隙也可通过多种途径调控,使得石墨炔不仅可以作为非金属高活性催化剂替代贵金属在光催化等方面应用,还可以在太阳能电池的空穴传输层和电子传输层方面获得应用,展现了石墨炔在能源方面独特的应用价值。我们将从理论预测和实验研究两方面介绍该领域目前的研究现状和发展趋势。     

石墨炔在电化学储能器件中的应用

当今社会,电化学储能器件在人类的社会活动中变得越来越重要。电极材料作为电化学储能器件的核心部分,一直是人们研究的焦点。石墨炔是一种新型的二维平面结构的全碳材料,它宽的层间距、大的比表面积、独特的三维孔隙结构和好的导电性使其在能源存储器件电极材料应用中具有巨大的潜力。基于石墨炔温和的制备方法与独特的结构特征,本文详细介绍了近年来石墨炔在储能方面的理论分析和实验进展。通过研究锂/钠在单层、多层石墨炔上的迁移率和存储,理论分析石墨炔基电池具有很好的储锂储钠性能。实验方面,石墨炔作为电极材料在储钠储锂方面的容量与理论值相近。此外石墨炔作为电极材料成功应用于超级电容器和金属-硫电池,并表现出了优异的容量存储性能。石墨炔纳米形貌的调控、石墨炔的热处理,以及异原子的掺杂等均可以有效地提高石墨炔在这些储能器件中的性能。     

偶极分子在CVD石墨烯表面的拉曼增强

选用CVD制备的石墨烯作为拉曼增强的基底,以激光器波长λ=532 nm的显微拉曼光谱仪对偶极分子DREP分子的石墨烯拉曼增强效应进行了探究。通过对石墨烯上与SiO₂片上DREP分子的拉曼强度的对照,发现单纯DREP/SiO₂分子浓度很低时,拉曼峰基本不存在,直到达到一定浓度1×10-5mol·L-1时,其拉曼峰才出现;随着浓度的增加,DREP分子的拉曼信号和荧光信号都增加;而DREP/Graphene/SiO₂在1×10-7mol·L-1时即出现了拉曼信号,随着浓度的增加,拉曼信号增加很快而荧光信号增加并不明显。结果表明石墨烯可实现DREP分子的拉曼增强,并能猝灭荧光背底,提高拉曼信号与荧光信号之比。对比了不同偶极矩的DREP和DR1P分子,表明偶极矩越大,其增强因子越大,增强程度越强。分析了DREP分子在石墨烯上的拉曼增强的机制。DREP分子是尾端接芘的经过改性的偶氮苯分子,其尾端的芘与石墨烯于界面处通过π—π相互作用进行电子转移,改变石墨烯的能级结构使得其发生P型掺杂,发生拉曼增强的机制是化学机制。DREP分子的石墨烯拉曼增强效应有助于我们研究石墨烯以及石墨烯表面拉曼增强机制,比如石墨烯的载流子转移,化学增强机制的原理,以及如何从电磁机制效应分离出化学机制。     

一类具有有界扰动的非线性系统的输出反馈自适应控制

该文考虑一类具有有界干扰和未知参数的非线性系统（１）,设计出一种用于输出跟踪的输出反馈鲁棒自适应控制器。该控制器能保证闭环系统的全局稳定性,并且解决了ε－跟踪问题。仿真结果表明,所设计的自适应控制器具有良好的跟踪性能。