固体核磁共振技术在锂/钠离子电池碳负极中的应用及研究进展

碳负极材料作为锂/钠离子电池的传统负极材料一直获得广泛的推广和应用,但其仍存在充电时间长、库伦效率低等问题,研究碳负极材料充放电机理是解决这些问题的关键.固体核磁共振（NMR）技术是一种研究固体材料中目标原子所处化学环境以及材料内部结构变化的有效手段.通过测定锂/钠离子电池中⁶Li、⁷Li和²³Na高速魔角旋转（MAS）条件下的固体NMR谱图,能够清晰获得锂/钠离子电池碳负极脱/嵌过程中的结构变化,以及碳原子与Li/Na的配位情况,从而为碳负极材料的设计及其电化学性能的提升提供充分的理论依据.本文综述了近年来固体NMR技术在锂/钠离子电池碳负极材料研究中的应用以及相关研究进展.     

室温钠离子电池材料及器件研究进展

在众多电化学储能技术中,室温钠离子电池除具有能量密度高、循环寿命长的特点外,还具有其他电池体系所不具有的资源丰富和成本低廉的优势,是一种较理想的规模储能电池体系.中国科学院物理研究所自2011年以来致力于低成本、安全环保的钠离子电池技术的研发,在正、负极材料和电解质材料开发中取得了多项原创性的研究成果,并研制出Ah级钠离子软包电池.例如,首次发现Cu~(2+)/Cu~(3+)氧化还原电对高度可逆并设计了Na-Cu-Fe-Mn-O基低成本层状氧化物正极材料;首次通过简单的一步碳化法制备出性价比高的无烟煤基负极材料;首次将一种新型的钠盐NaFSI应用于碳酸酯非水电解质以大幅度提升电极材料的性能等.本文综述了物理所在钠离子电池材料及器件研究中所取得的重要进展和突破,期待经过进一步不懈地努力为实现钠离子电池的产业化做出重要贡献.     

Mg掺杂提升钠离子电池正极材料高电压循环性能

钠离子电池层状氧化物正极材料具有高容量、易合成等优势,表现出巨大的应用潜力.为了开发出高容量、长循环的正极材料,本文提出对NaNi_0.4Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.10₂ (NCMT)用Mg²⁺部分取代Ni²⁺的改性策略,设计并合成了高容量、长循环的NaNi_0.35Mg_0.05Cu_0.1Mn_0.4Ti_0.10₂ (NCMT-Mg)正极材料.该材料在2.4—4.3 V电压范围内,显示165 mAh·g^-1的高可逆比容量.在0.1 C的倍率下循环350周后,仍有111 mAh·g^-1的可逆比容量,容量保持率为67.3%,相较于未掺杂的原始样品提升了约13%.本文对其进行了系统表征并揭示了其高电压循环稳定的机理,为开发出高性能钠离子正极材料提供了重要参考.     

荧光碳点在指纹检测中的应用

碳点是一类尺寸在1～10 nm、以碳为主要元素的纳米粒子,因其合成原料广泛、生物安全性高、荧光信号强、光学性质稳定等众多优点在荧光分析检测领域展现出美好的前景.潜指纹是人的手指分泌物留在固体接触面上靠肉眼难以分辨的痕迹,需要经过物理化学处理来增强成像的效果.把荧光碳点应用于潜指纹的增强成像充分发挥了碳点自身的优势,最近...     

碳点在生物医学领域中的应用

碳点作为新兴的碳纳米材料之一,由于具有低细胞毒性、强亲水性、良好的生物相容性、优异的光稳定性、可调的发光和易于修饰等独特的理化特性,在生物医学领域具有广泛的应用前景.本综述主要阐述了碳点在生物成像、药物/染料/蛋白/基因的递送和癌症诊断治疗等方面的应用,并探讨了其在生物医学领域应用的当前挑战和未来前景.     

负载碳点的分子筛发光材料

碳点具有优异的发光特性和广泛的应用,将碳点限域于具有纳米孔道结构的分子筛材料中,可开发出一类新型的碳点@分子筛复合材料.本文聚焦于具有独特发光性能的负载碳点的分子筛复合材料,综述了这类材料最新的研究进展,重点介绍了碳点@分子筛复合材料的制备方法、长余辉发光调控策略及主体分子筛基质对客体碳点的作用等,并对未来光致发光碳点...     

钠离子层状氧化物材料相变及其对性能的影响

钠离子电池近年来在大规模储能领域展现出优异的发展和应用前景.由于钠离子层状过渡金属氧化物正极材料(Na_xTMO₂)具有比容量高、容易制备、电压可调和成本低的优势,在学术界和产业界得到了广泛的关注与研究.但较大的Na~+半径和较强的Na~+-Na~+静电排斥作用,导致Na_xTMO₂具有多种结构类型和复杂的结构转变,以及由此形成了多重结构-性能关系.本文详细介绍了Na_xTMO₂的结构类型,综述了在Na~+脱出/嵌入过程中引发的结构演变,旨在揭示钠离子层状过渡金属氧化物正极材料结构转变机理及其对电化学性能的影响,最后讨论了现存的挑战并提出了改进策略.     

氮掺杂的石墨烯作为钠离子电池负极材料的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯、氮掺杂的石墨烯和叽咯石墨烯吸附钠原子的电荷密度、吸附能、态密度和储存量.结果表明,三种石墨烯中,钠原子的最佳吸附位置为H位.与本征石墨烯相比,氮掺杂的石墨烯对钠原子的吸附能提高,叽咯石墨烯对钠原子的吸附能是-3.274 eV,约为本征石墨烯对钠原子吸附能的1.7倍.钠原子与叽咯石墨烯中的氮原子发生轨道杂化,而与本征石墨烯和氮掺杂的石墨烯没有发生轨道杂化现象.叽咯石墨烯能够吸附10个钠原子,与本征石墨烯相比显著提高,氮掺杂的石墨烯只能吸附4个钠原子.因此,叽咯石墨烯有望成为一种潜在的储钠材料.     

荧光碳量子点在药物分析中的应用研究进展

碳量子点(Carbon quantum dots,CQDs)作为一种新型的荧光碳纳米材料,具有原材料来源广泛、制备简单、易操作、灵敏度高、发光性能优异和易可视化等优势,近年来在药物分析和生物小分子检测方面极具应用潜力.本文主要综述了CQDs作为荧光传感器在部分抗菌药物、抗炎药物、抗肿瘤药物、多种维生素以及一些药物小分子...     

石墨烯包裹的爆米花中空结构的FeS纳米颗粒作为钠离子电池阳极的性能研究

用一步水热法合成多孔的爆米花形状的由还原石墨烯包裹的FeS纳米颗粒,该复合颗粒作为钠离子电池阳极使用。多孔结构有助于该复合物展现出优越的循环稳定性和速率性能。在电流密度为100 mA g-1时,100次循环之后该复合物依然保持可逆比容量552 mA h g-1;在电流密度为5000 mA g-1时,表现出比容量为307 mA h g-1。此外,Na, S 和 Fe的相图分析揭露了Na 和 FeS 在充放电过程中的氧化还原机制。     

以碳粉为负极材料制备锂离子电池及电池性能测试

在能量存储技术中,锂离子电池是高能量密度的电化学电源.以碳为负极材料,涂膜制备了负极片,以锂片为正极片制备了CR2016锂离子电池,并对其性能进行了测试,分析了碳粉为锂电负极材料的特性.     

发光碳纳米点的带隙调控及应用

碳点作为一种新型的碳基荧光纳米粒子由于其可调谐发光、高光稳定性、生物相容性和低成本等独特优势而引起了很多关注。在过去的十几年中,碳点的制备和应用取得了巨大进展。然而,由于前体和合成方法的多样性,碳点的光致发光机理具有很大争议。现在人们普遍认为,碳点的光致发光源于电子在带隙的跃迁,并将荧光起源分别归结为碳核跃迁(π-π~*)、表面态跃迁(n-π~*)以及分子荧光团等。本文总结了碳点发光起源的几种可能和机制,分别讨论了通过调控碳点粒径以及进行表面工程处理的方法来实现碳纳米点带隙可调控的高效发光。介绍了通过表面工程、元素掺杂等手段提升碳纳米点光致发光量子产率及其在光电器件、信息存储、生物成像、光热治疗以及光动力治疗中的应用。     

两亲性壳聚糖基聚合物碳点的合成及其在载药方面的应用

通过水热法合成了系列具有高荧光量子产率（42.9%）辛基化壳聚糖基两亲性聚合物碳点荧光材料。利用红外光谱、紫外吸收光谱、光电子能谱、透射电镜、X射线衍射及荧光光谱对聚合物碳点进行了表征。以阿霉素为模型药物,研究了聚合物碳点对阿霉素的载药性能。当辛基取代度为76.42%时,其最大载药量和包封率分别为49.6%与47.4%。在磷酸盐缓冲液中,载药纳米胶束呈前期快速释放,后期缓慢释放的双相特征。将载药纳米胶束与鼻咽癌细胞作用,发现其存活率随着载药纳米胶束加入量的增加而降低,说明该纳米胶束对鼻咽癌细胞有一定的抑制作用。总之,该聚合物碳点材料在药物载体与荧光示踪方面有潜在的应用价值。     

邻苯二甲酸结晶诱导荧光碳点制备及其在白光发光二极管中的应用

通过简单的方法获得基于碳纳米点的固态荧光材料,实现该类材料在光电器件领域的应用研究有着重要的意义.然而,由于聚集诱导猝灭效应的存在,合成该类材料仍面临着严峻的挑战.本文报道了一种简单热解合成硫(S)和氮(N)共掺杂荧光碳点晶态材料的方法.优化制备条件后,获得的材料能发出耀眼的橙红色荧光,这是由于在形成碳点的同时,碳点的...     

红光/近红外光响应碳点在肿瘤治疗中的应用进展

碳点作为一种新型碳纳米材料,具有优异的光学特性、良好的生物相容性以及催化活性,在生物医学、能源、环境等领域展现出巨大的应用潜力.红光/近红外光响应碳点具有组织穿透深度大、生物体自发光干扰较小、对组织损伤小等优点,在生物医学研究领域倍受关注.本文首先介绍了影响碳点吸收/发光的因素,随后评述了近几年红光/近红外光响应碳点在...     

从碳点到碳化聚合物点:发展和挑战

碳点(CDs)由于其出色的光学性能、高生物相容性和低毒性,因此在许多领域都具有潜在应用.对其光致发光(PL)机制的认识已得到广泛研究,对于指导可调节PL发射的CDs的合成和推广应用具有重要意义.但是,PL发射的内在机理尚不清楚,并且由于颗粒结构的差异,尚未找到统一的机理.本综述根据对结构和性能特征的分析,总结了一种新的...     

功能化荧光碳纳米点的一步法制备及其光谱研究

以肝素钠为碳源,采用水热法一步制备了表面功能化的荧光碳纳米点。利用透射电镜、红外光谱、光电子能谱及荧光发射光谱对其形貌、结构和光致发光性质进行了测试分析。研究结果表明,碳纳米点具有较为均一的尺寸和较强的荧光,并且保留了碳源中大量的官能团。制备得到的碳纳米点可应用于Cu2+的检测,显示了其作为离子传感器材料的潜在应用价值。     

生物基碳点制备及其在LED器件上的应用

以大麦苗为碳源,采用一锅热解法成功获得碳点(CDs),并对其硼、氮及混合掺杂体系进行了研究。该类型碳点在水溶液中表现出很强的紫外光区宽带吸收,并产生独特的近紫外光和蓝光双发射光学特性;单掺硼及硼氮共掺的CDs粉体表现出良好的固体发光特性,在蓝光区具有较强激发并产生明亮的绿光发射。将这两种CDs作为荧光粉与蓝光GaN芯片结合,制作出LED器件,表现出良好的发光性能。通过K_2SiF_6∶Mn~(4+)红粉的引入可得到高效、高显色性的白光LED。