稳定富锂层状氧化物正极材料的结构与性能

因高能量密度和高能量转换效率,锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备和电动交通中。富锂层状结构氧化物以高达300 mAh·g^-1的可逆容量成为能量密度350 Wh·kg^-1及以上动力锂离子电池的重要候选正极材料。但是,欲使这类材料获得实际应用,就必须解决循环过程中结构衰退带来的一系列问题。本文重点介绍近几年来笔者所领导的研究组通过元素筛选实现材料的表面和体相掺杂,通过全新的结构设计稳定材料结构和性能方面的努力。同时,为使读者对国内外重要研究组在相关方面的研究进展也有所了解,我们也将从元素替代、结构一体化表面修饰(包括多层表面修饰和浓度梯度材料)、表面包覆和表面掺杂等方面介绍他们的重要研究成果。最后,将对该类材料的未来发展方向作出展望并给出我们的一些思考。     

皮肤的光学性质研究

为了确认通过皮肤进行基于卟啉荧光的元创恶性肿瘤诊断的可行性,应用光谱法分析研究了人皮肤的光学特性。通过测量皮肤的反射光谱、透射光谱和荧光光谱分析确定皮肤中的发光物质及其光谱对卟啉荧光的影响。用280nm激发光对皮肤进行激发,测到皮肤在360nm发出的荧光。与牛血清白蛋白的荧光光谱比较,确定发光物质是某类蛋白质。选择350nm激发光对皮肤进行激发,测得了与离体类胡萝卜素荧光452nm相同的荧光,所以皮肤中的发光物质有类胡萝卜素。光谱分析还表明,皮肤的荧光中还有弹性蛋白和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)的荧光发射,荧光峰分别在400,460nm。黑色素不发荧光,但皮肤中可能还存在氧化的黑色素,它的荧光波长是580nm,这些都与卟啉的荧光波长不同。由此可见皮肤中发光物质不会影响卟啉荧光的探测。由皮肤的透射光谱观察到,卟啉的荧光波长恰好在皮肤的透射窗口内,从而进一步确定了卟啉荧光的无创探测的可能性。     

富锂正极材料在全固态锂电池中的研究进展

开发高能量密度、长循环寿命、低成本和高安全性的全固态锂电池是发展下一代锂离子电池的重要方向之一.富锂层状氧化物正极材料由于阴阳离子协同参与氧化还原反应,可以提供更高的放电比容量(>250 mAh/g)和能量密度(>900 Wh/kg),将其应用于全固态锂电池中有望推动锂离子电池能量密度突破500 Wh/kg的中长期目标.然而,富锂正极材料的电子导电性差、阴离子氧的不可逆氧化还原反应以及循环中的结构相变,导致该材料在电化学循环过程中存在初始库仑效率低、循环稳定性差和电压衰退等问题.此外,富锂正极材料的工作电压较高(>4.5 V vs.Li/Li⁺),使正极/电解质之间不仅面临常规的界面化学反应,释放的氧还会加剧界面的电化学反应,对正极/电解质的界面稳定性提出了更高的要求.因此,富锂正极材料的本征特性和富锂正极/电解质间严重的界面反应极大限制了富锂正极材料在全固态锂电池中的应用.本文首先详细阐述了富锂正极材料在全固态锂电池中的失效机制,其次综述了近年来富锂正极材料在不同固态电解质体系下的研究进展,最后总结和展望了富锂全固态锂电池未来的研究重点和发展方...     

高锂离子电导的有机-无机复合电解质的渗流结构设计

固态聚合物电解质被认为是解决传统液态锂金属电池安全隐患和循环性能的关键材料,但仍然存在离子电导率低,界面兼容性差等问题。近年来,基于无机填料与聚合物电解质的高锂离子电导的有机-无机复合电解质备受关注。根据渗流理论,有机-无机界面被认为是复合电解质离子电导率改善的主要原因。因此,设计与优化有机-无机渗流界面对提高复合电解质离子电导率具有重要意义。本文从渗流结构的设计出发,综述了不同维度结构的无机填料用于高锂离子电导的有机-无机复合电解质的研究进展,并对比分析了不同渗流结构的优缺点。基于上述评述,展望了有机-无机复合电解质的未来发展趋势和方向。     

基于Matlab编程对最速降线问题的研究

利用Matlab编程对"最速降线"问题进行研究,得出了质点在重力场中沿起点、终点相同的不同轨道曲线运动的一些结论,通过关系曲线非常直观地表示出质点沿不同轨道运动的关系.     

基于三维表面增强拉曼基底的水中多环芳烃检测

为了快速检测水中痕量多环芳烃(PAHs),制备了一种高灵敏度的三维表面增强拉曼散射(SERS)基底。将GMA-EDMA多孔材料与参数优化的金纳米颗粒相结合,形成了高灵敏度三维SERS活性基底。相比仅用参数优化的金溶胶SERS基底,该三维SERS基底的信号强度有近一个数量级的增强,相比未调pH值的金溶胶基底,增强效果有2~3个数量级的提高,且具有良好的重复性,该基底内探测相对标准偏差(RSD)为4.78%~9.27%,基底间RSD为2.05%。利用该基底对三种较有代表性的多环芳烃菲、芘、苯并(k)荧蒽进行了SERS光谱探测,得到检测限分别为9.0×10~(-10),2.3×10~(-10),5.9×10~(-10) mol·L~(-1)。结果表明,这种检测方法操作简便、重复性好、灵敏度高,可以实现水中多环芳烃的痕量检测。     

基于表面增强拉曼光谱技术的海洋污染物多氯联苯吸附特性分析

海洋中多氯联苯污染监测受到广泛关注,采用表面增强拉曼光谱（SERS）和密度泛函理论（DFT）方法探究四种代表性的多氯联苯（PCB15,PCB28,PCB47和PCB77）的拉曼光谱差异以及在金纳米表面的吸附特性,并对比了物质吸附特性差异对各自SERS定量检测的影响规律。首先,计算了多氯联苯的拉曼光谱和振动模式贡献,并与实测结果进行对比归属拉曼峰位。然后,构建了PCBs-Au吸附体系并计算其结合能、吸附前后分子空间结构变化来预测分子在金基底上的吸附特性。最后,以金溶胶为SERS增强基底对四种物质进行了SERS探测,以此来体现吸附特性对定量分析的影响。结果显示,计算结果与实测光谱能够较好的吻合,PCBs分子的共性特征峰包括：桥键伸缩振动峰（1 290 cm-1附近）,环呼吸振动峰（1 000 cm-1附近）,环伸缩振动峰（1 590 cm-1附近）。Cl原子的取代位置差异会对拉曼振动产生明显的影响,最终导致C-Cl键和C-H键的振动峰复杂化。物质的吸附能力由高到低依次为PCB15（-6.46 kcal·mol-1）、PCB28（-3.01 kcal·mol-1）、PCB77（-1.95 kcal·mol-1）和PCB47（-0.31 kcal·mol-1）,取代氯数目增多和Cl原子邻位取代会降低结合能,减少分子在金基底上的吸附形态。桥键邻位取代数目增加导致位阻效应增大,阻碍分子吸附。吸附特性影响SERS定量,四种物质的SERS峰强与浓度呈良好的线性关系。水环境中吸附能力强的分子率先达到饱和状态,且拥有最低的检出浓度。以上结论为SERS技术检测识别海洋环境中多氯联苯和定量分析奠定了一定的理论基础。     

多环芳烃的表面增强拉曼光谱探测与分析

首次实现了以参数优化的金溶胶为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底探测水中痕量的多环芳烃。采用化学还原法制备不同颗粒大小的金溶胶,实验确定了632.8 nm激发光下的最优金纳米颗粒的平均粒径为(32±3) nm,并以此金溶胶为基底,探索pH值对多环芳烃增强效果的影响,发现pH=13效果最佳,与pH=6相比谱线绝对强度提高约20倍。以粒径为(32±3) nm,pH=13的金溶胶为活性基底对不同浓度萘、菲、芘溶液进行了SERS光谱探测,探测到的最低浓度分别为20,4和4 nmol·L-1,特征峰强与浓度呈线性关系,线性拟合相关系数均在0.985以上,三者混合溶液的SERS光谱可清晰分辨出各自的特征峰。结果表明,该实验所采用的SERS活性基底灵敏度较高,具有广阔的应用前景。     

以蛋黄为对象对细胞增殖过程中卟啉代谢规律的研究

在以鸡胚胎为细胞繁殖模型,对细胞增殖过程中卟啉代谢规律的研究中,为了寻求能够更好的反映原卟啉Ⅸ(PpⅨ)代谢水平的监测对象,采用405 nm的激发波长,分别对鸡胚胎发育进程中的种蛋中的蛋黄、蛋清和尿囊液的荧光光谱进行测量分析。结果表明,和蛋清相比,蛋黄中PpⅨ 的荧光峰相对背景更为明显,在整个鸡胚发育过程中存在的时间也较长,是一种更为理想的对鸡胚胎发育进程中卟啉代谢规律进行研究的监测对象;同时发现在胚胎发育的初级阶段,蛋黄中PpⅨ的代谢水平随着发育的进程而逐渐升高,在第10天左右达到最大值,在发育后期代谢水平又逐渐降低。鸡胚胎发育进程中PpⅨ的这一代谢规律与其在恶性肿瘤发展过程中的代谢规律极为相似,进一步支持了卟啉代谢异常与细胞无限的迅速增殖相关的观点。     

肿瘤发展过程中类胡萝卜素、卟啉代谢的模拟及其荧光分析

通过肿瘤发展过程中类胡萝卜素、卟啉代谢的模拟及其荧光分析,研究了类胡萝卜素对血清荧光法癌诊断的影响。采取肘静脉血制取血清,采用光致发光的方法研究了血清中的发光中心,模拟癌发展过程中类胡萝卜素和卟啉的代谢水平对血清荧光癌诊断方法的影响。血清中主要的发光是来自具有共轭基团的血清蛋白、类胡萝卜素和卟啉的电子跃迁。随着血清中类胡萝卜素含量的增加,520nm荧光峰强度提高,614nm附近的波谷亦升高,诊断I值(荧光强度的比值,见引言中公式(1))会下降即降低了癌诊断的阳性率。