氢燃料电池池性能与碳载体表面处理有何关联

材料科学研究
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&&& && 发表在《Nature
Materials》(2009年杂志影响因子29.504)上的一篇关于电化学电容器电极材料的综述性文章,已被引用220次以上(截至日)。
电化学电容器也叫超级电容器,通过离子吸附(电化学双电层电容器)或者快速的表面氧化还原反应(准电容器或赝电容器)来存储能量,其具有极高的功率密度,可以替代电池或与电池联用用于电能的存储。随着电化学电容器充放电机理的深入研究以及先进纳米电极材料的研发应用,电化学电容器的性能得到了明显的提升。研究发现:溶剂化离子在比其更小的孔内会发生去溶剂化作用,因此,具有亚纳米孔的炭电极材料的应用可以进一步提高电化学双电层电容器的容量。这一发现为使用不同电解质的高能量密度电化学电容器的设计提供了一条新思路,将氧化物、氮化物及聚合物等准电容性纳米材料与新一代的纳米结构电极结合,可以使电化学电容器的能量密度与电池接近。碳纳米管的应用可以进一步促进微电化学电容器的发展,制造出更便捷的设备。
此外,数学建模将对设计高能量密度电化学电容器起到重要的作用。
发表在《Science and Technology of
Advanced Materials》(期刊全文免费获取)的一篇关于自组装研究进展的综述性文章,已被引用200次以上(截至2010年11月20日)。
毫无疑问,纳米尺寸对象的可控合成是当今科学技术的核心技术之一。然而,目前的合成技术存在很多缺点,包括尺寸上的限制、缺少合适的合成材料等。作者认为基于超分子自组装过程的合成方法的开发可能在材料的可控合成方面取得突破性进展。作者详细的介绍了如下三种类型的自组装的最新研究进展及面临的挑战,即(一)体相自组装;(二)体相自组装的组成;(三)界面自组装。从而使读者全面的了解自组装技术的重点。
发表在《Advanced
Materials》(2009年杂志影响因子8.379)的一篇综述性文章,介绍了基于聚合物-富勒烯的本体异质结太阳能电池的最新研究进展。已被引用160次以上(截至2010年11月20日)。
近几年,溶液处理过的高分子半导体材料和富勒烯衍生物组成的异质结材料制成的太阳能电池得到了广泛的关注,它被认为是一种低成本的能量生产方式,是未来光伏技术的重要发展方向之一。这篇文章总结了过去几年国际上在这一领域取得的主要成绩及目前能达到的性能。同时,对可能使这一技术取得突破性进展的相关材料和技术进行了展望。
任何一种光伏技术要应用必须考虑到成本问题,因此,除了对技术方面的探讨外,作者还给出了太阳能电池的成本计算模型。同时作者针对低成本的优势是否可以补偿其寿命相对较短和性能较差的问题进行了阐述。
发表在《Advanced Materials》(2009年杂志影响因子8.379)的一篇综述性文章,介绍了中空的微纳米结构材料的合成及应用。已被引用150次以上(截至2010年11月20日)。
中空的微-纳米结构材料是目前材料制备领域关注的热点之一。目前中空结构材料已得到应用的实例中,最著名的应该是在制造混凝土时以空心粉煤灰颗粒(在热电厂燃烧煤的过程中产生的)代替部分波特兰水泥,这样制成的混凝土拥有更佳的强度和耐久性。
这篇综述关注了国际上近十年来在中空的微纳米结构材料的合成及应用方面取得的进展。首先,作者全面的展现了中空结构材料的制备方法。这些制备方法大体被分为四类,包括传统的硬模版法和软模版法、以及新兴的牺牲模版法及非模版法。每种方法的成功应用都激发了这一领域的迅速发展。作者重点关注了各种制备方法的基本原理及其优缺点。接下来作者探讨了更复杂的中空结构材料的制备方法,比如多层的中空结构及非球形的中空结构。最后,作者评述了中空结构在锂离子电池、催化、传感及生物医学方面的应用。
&发表在《Nature
Materials》(2009年杂志影响因子29.504)的一篇通讯类文章,介绍了一种常压下通过碳化硅石墨化来制备薄层石墨烯的方法。已被引用149次(ISI截至日)。
石墨烯(即单层石墨)具有奇特的磁输运性质、常温下性质及高的载子迁移率,近几年得到了广泛的关注。石墨烯材料有望在集成电路领域替代硅材料来继续印证摩尔定律(根据摩尔定律,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18个月便会增加一倍,性能也将提升一倍)。石墨烯材料在单分子气体传感器、兆赫振荡器、自旋电子学领域、量子计算领域也有着潜在的应用前景。实际应用时,如何使石墨烯在绝缘体上统一有序的的生长是技术的关键。在真空高温的环境下,石墨烯在绝缘的SiC表面上的生长为石墨烯的大规模制备开辟了道路。然而,这种方法制备的石墨烯层面积受到限制。这篇文章中,作者采用非原位的方法,在1bar的氩气环境下,将Si-封端的SiC(0001)石墨化,制得了大面积的石墨烯单分子层。拉曼光谱及霍尔测量的结果证实这种方法制备的薄膜具有很好的性能,具有很高的电子迁移率,27K时达到2,000cm2V-1s-1。因此,这种新的制备过程开辟了一种技术上可行的合成石墨烯薄膜的方法。
6. M.De, P. S. Ghosh, et al. (2008).
"Applications of Nanoparticles in Biology."
Advanced Materials 20(22):
&发表在《Advanced
Materials》(2009年杂志影响因子8.379)的一篇综述性文章,介绍了纳米粒子在生物学领域的应用。已被引用114次(ISI截至2010年12月13日)。
纳米粒子在生物学领域的应用无疑是近些年兴起的研究热点,从发表论文的数量上看(以Web of
Science为基础)1991年论文数量仅为11篇,到2007年已经接近10000篇。型芯材料(core
materials)的广泛应用及其可调控的表面性质,为纳米材料广泛的应用于生物学和生物医学提供了极好的平台。
纳米粒子在药剂学领域的广泛应用来源于其独特的性质,如纳米粒子与蛋白质、多核苷酸等生物分子具有相似的尺寸;纳米粒子应用于金属和半导体芯材时,可以获得荧光、磁性等有用的性质等。
这篇综述介绍了纳米颗粒-生物分子的相互关系,及纳米颗粒在生物传感器、药物和基因载体、及细胞及组织成像方面的应用。由于生物纳米材料涉及的领域很广,故此综述仅概述以金属、金属氧化物、半导体材料、二氧化硅材料为芯的圆形纳米粒子近些年的研究进展。
&7. Li, Y. F. and Y. P. Zou (2008). "
." Advanced Materials 20(15):
发表在《Advanced
Materials》(2009年杂志影响因子8.379)的一篇研究论文,作者单位为中科院北京化学所,这篇文章介绍了具有很宽的吸收谱带及很高的载流子迁移率的共轭聚合物光伏材料。已被引用106次(ISI截至日)。
近些年,聚合物太阳能电池得到了研究人员的广泛关注,它具有易组装、价格低、重量轻的特点,在便携式设备领域有着广泛的应用前景。然而,聚合物太阳能电池要商业应用面临的一个主要问题是能量转换效率较低
,其中的主要因素就是作为光敏活性层的共轭聚合物光伏材料的吸收光谱与太阳光谱不匹配及其载流子迁移率低。对共轭聚合物光伏材料进行性能改进是提高聚合物太阳能电池能量转换效率的一个重要方向。这篇文章中,作者报道了他们课题组及相关的其它课题组在共轭聚合物光伏材料合成方面取得的最新进展,包括通过引入共轭支链得到具有宽吸收谱带和强吸收系数的的聚噻吩及聚噻吩乙烯衍生物,通过引入共轭桥连得到更高空穴迁移率的交联型聚噻吩衍生物
、通过采用低能带隙的给体-受体共聚物,使聚合物的吸收光谱红移,进而更好的与太阳光谱匹配等。
X. C., K. Maeda, et al. (2009). "A metal-free polymeric photocatalyst for
production from water under visible light."
Nature Materials 8(1): 76-80)
发表在《Nature
Materials》(2009年杂志影响因子29.504)的一篇研究性文章,介绍了一种不含金属的聚合物光催化剂,应用于可见光照射下的水分解制氢反应。已被引用86次(ISI截至日)。
在催化剂的作用下利用太阳能分解水制氢是一种不依赖于化石能源的过程,被认为是未来理想的一种能源生产方式。为了充分利用水资源和太阳能,寻找一种效率高、稳定性好、价格低廉的催化剂是目前这一领域研究的热点。
这篇文章中,作者提出了一种来源丰富的聚合氮化碳材料,这种材料在可见光照射及牺牲体(sacrificial
donor)存在的条件下,可以催化水分解反应制得氢气,与其它的导电聚合物半导体材料不同,氮化碳具有很高的化学稳定性及热稳定性并且制备简单。
&Chen, L. M., Z. R.
Hong, et al. (2009). &Recent Progress in s: Manipulation of
Polymer: Fullerene Morphology and.&
Advanced Materials 21(14-15): .)
发表在《Advanced
Materials》(2009年杂志影响因子8.379)的一篇综述文章。主要从富勒烯形态、反式聚合物太阳能电池(Inverted
Polymer Solar Cells)结构这两方面介绍了聚合物太阳能电池研究进展。已被引用98次(ISI截至日)。
聚合物的形态对聚合物基能量转换装置的光电性能有重要影响。对聚合物形态的认识和控制已经成为电子及光电聚合物装置领域关注的焦点。
这篇文章中,作者首先综述了不同溶剂以及不同热处理过程对聚合物形态的影响。其次,作者概述了混合溶剂效应对选择性聚合物交联系统中薄膜生成的动力学的影响,这种影响有利于
形成最佳的过滤路径,提供了一种简易的改善光伏性能的方法。最近研究人员发现在某些聚合物中(如:富勒烯体相异质节)存在垂直相分离,在这篇文章中,作者也同时概述了这种聚合物供体与富勒烯受体之间的非均匀分配的起源及应用。最后,作者概述了反式
聚合物太阳能电池目前的发展状况及结构,尤其是采用这种自发的垂直相分离结构的优势,它提供了一种很有前景的、高效的可替代传统结构的方式。
Armand, M., F. Endres, et
al. (2009). &Ionic-liquid materials for the electrochemical challenges
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of the future.& Nature
Materials 8(8): 621-629.)
发表在《Nature
Materials》(2009年杂志影响因子29.504)的一篇综述文章,介绍了离子液体在电化学领域的应用。已被引用101次(ISI截至2011年1月17日)。
离子液体是指在室温下为液态的熔盐,可以由多种有机离子构成多种多样的结构。这篇文章主要综述了离子液体的离子导电性在多方面的应用,包括用作金属/半导体电沉积的电化学溶剂,及用作电池或燃料电池的电介质(传统的有机溶剂不能应用于电池中,而水不能
作为质子交换膜燃料电池的介质)。作者同时介绍了离子液体中的生物及仿生过程,在这种性质截然不同的介质中,某些酶具有在一般体系中不具有的活性,为离子液体在生物仿生催化剂及生物燃料电池领域的应用奠定了基础。
这篇综述的目的是概述最近离子液体在电化学等领域的关键进展及存在问题。作者希望激起更广泛的研究团体对离子液体的兴趣,鼓励他们利用离子液体来解决科学问题,迎接科学上的挑战。
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发表在《Advanced
Materials》(2009年杂志影响因子8.379)的一篇综述文章。从基本原理和应用方面介绍了单壁碳纳米管超薄膜在电子设备和传感器领域的研究进展。已被引用86次(ISI截至2011年1月18日)。
单壁碳纳米管超薄膜除了具有单壁碳纳米管的出色的导电性能、机械性能及光学性能外,还具有容易大规模集成的特点,更适合应用于各种装置。
这些特点表明单壁碳纳米管超薄膜具有应用于电子、光电、传感器系统中的导体或半导体层的潜在前景。
&这篇文章描述了单壁碳纳米管超薄膜的最新研究进展,包括薄膜的形成、用于揭示薄膜特性的模拟和实验、及薄膜用于传感器、电子设备及其他复杂电路时的工程技术问题。最后作者探讨了单壁碳纳米管超薄膜在原理和应用方面的研究前景。
12、中科院化学所在聚合物太阳能电池研究方面的最新文献
Zhao, G. J., Y. J. He, et
al. (2010). &Effect of Carbon Chain Length in the Substituent of
PCBM-like& &
Molecules on Their
Photovoltaic Properties.& Advanced Functional Materials 20(9):
He, Y. J., H. Y. Chen, et
al. (2010). &Indene-C-60 Bisadduct: A New Acceptor for High-Performance
Polymer Solar Cells.& Journal of the American Chemical Society
132(4): )
He, Y. J., G. J. Zhao, et al. (2010). &High-Yield Synthesis and
Electrochemical and Photovoltaic Properties of Indene-C-70 Bisadduct.&
Advanced Functional Materials 20(19): )
Zhao, G. J., Y. J.
He, et al. (2010). &6.5% Efficiency of Polymer Solar Cells Based on
poly(3-hexylthiophene) and Indene-C-60 Bisadduct by Device
Optimization.& Advanced Materials 22(39): )
Cheng, Y. J., C. H. Hsieh,
et al. (2010). &Combination of Indene-C-60 Bis-Adduct and Cross-Linked
Fullerene Interlayer Leading to Highly Efficient Inverted Polymer Solar
Cells.& Journal of the American Chemical Society 132(49):
聚合物太阳能电池一般由共轭聚合物给体和富勒烯衍生物受体的共混膜夹在ITO透明正极和金属负极之间所组成,具有结构和制备过程简单、成本低、重量轻、可制备成柔性器件等突出优点,近年来成为国内外研究热点。结构规整的聚(3-己基)噻吩(P3HT)和可溶性C60衍生物PCBM是最具代表性的给体和受体光伏材料。基于P3HT/PCBM的光伏器件能量转换效率稳定达到3.5~4.0%左右,使这一体系成为聚合物太阳能电池研究的标准体系。但P3HT/PCBM体系也存在电子能级匹配性不好(P3HT的HOMO能级太高或者说PCBM的LUMO能级太低)的问题,这导致了器件的开路电压较低,只有0.6V左右,这限制了其能量转换效率的进一步提高。
& 在国家自然科学基金委重点项目、中美双边国际合作项目和化学所分子科学中心创新项目的支持下,中科院化学研究所有机固体院重点实验室的科研人员从2009年开始开展新型富勒烯衍生物受体光伏材料的研究。他们首先研究了PCBM取代基上中间碳链长度对光伏性能的影响,发现中间碳链短一个碳或长两个碳的C60衍生物的光伏性能比PCBM稍优(Adv.
Funct. Mater.
80-1487)。接着他们合成了一种茚双加成C60衍生物ICBA,其LUMO能级较PCBM上移0.17eV,在AM1.5,100mW/cm2光照条件下,基于P3HT/ICBA的光伏器件开路电压达到0.84V,能量转换效率达到5.44%,而同样条件下,P3HT/PCBM体系的开路电压只有0.58V,能量转换效率3.88%(J.
Soc.,,)。为了改进C60衍生物可见区吸收较弱的缺点,他们又合成了在可见区具有较强吸收的茚双加成C70衍生物IC70BA,IC70BA的LUMO能级较PCBM上移0.19eV,基于P3HT/IC70BA的光伏器件能量转换效率达到5.64%(Adv.
Funct. Mater.,83-3389)。
最近,他们对以P3HT为给体、ICBA为受体的光伏器件进行了进一步的优化,在给体/受体重量比1:1、150摄氏度热处理10分钟器件制备条件下,聚合物太阳能电池能量转换效率达到6.48%(其中开路电压0.84V,短路电流10.61mA/cm2,填充因子72.7%),开路电压、填充因子和能量转换效率都是基于P3HT的聚合物太阳能电池文献报道最高值(Adv.
Mater. , 55-4358)。
另外,他们还与台湾交通大学合作,制备了以P3HT/ICBA为活性层的反向结构(以ZnO纳米晶修饰的ITO电极为负极、PEDOT:PSS/Ag电极为正极)的聚合物太阳能电池,通过使用一种可交联的C60衍生物为负极修饰层,器件的能量转换效率也超过了6%,达到6.22%(其中开路电压0.84V,短路电流12.4mA/cm2,填充因子60%),这是反向结构聚合物太阳能电池能量转换效率的最高值(J.
Am. Chem. Soc.,,)。
由于P3HT具有易合成、低成本、以及反向结构器件高稳定性等突出优点,这一结果对于聚合物太阳能电池的实际应用具有重要意义。(来源:科学网)
Joo, S. H., J. Y. Park, et
al. (2009). &Thermally stable Pt/mesoporous silica core-shell
nanocatalysts
&for high-temperature
reactions.& Nature Materials 8(2): 126-131.)&&&&&
Materials》(2009年杂志影响因子29.504)的一篇研究论文,介绍了一种热稳定好的Pt/介孔SiO2核壳结构纳米催化剂在高温反应中的应用。已被引用91次(ISI截至日)。
胶体合成方面的最新研究进展促进了纳米金属催化剂大小、形状、组成上的可控合成研究,这种技术可以应用于模版催化剂的制备,有利于在原子水平上系统的研究催化剂性质对反应活性和选择性的影响。
虽然有机包覆剂可以稳定胶体纳米粒子,但其不适合应用于高温催化反应体系研究。作者在这篇文章中设计了一种高温下稳定的无机催化体系,即采用Pt作为金属核、介孔SiO2作为壳制备了Pt@mSiO2催化剂。无机的SiO2壳能保护Pt核在750oC空气条件下稳定,同时SiO2的介孔结构为反应物到达Pt表面提供了通道,因此,当Pt@mSiO2催化体系用于乙烯加氢及CO氧化反应时具有与单纯的Pt相似的催化活性。这种高温稳定性好的Pt@mSiO2体系可以用于研究高温CO氧化反应,包括燃烧性能研究,而单纯的Pt由于高温下变形及聚集不能用于此研究。结果表明,Pt@mSiO2是一种极好的用于研究高温催化反应及表面化学过程的纳米催化体系,同时,Pt@mSiO2核-壳结构催化剂的设计理念可以延伸到制备其它的金属/金属氧化物复合物。
Thompson, B. C.,Frechet, J.
M. J. (2008) &Organic photovoltaics - Polymer-fullerene composite
&solar cells&.
&Angewandte
Chemie-International Edition》(2009年杂志影响因子11.829)的一篇文献综述,介绍了聚合物-富勒烯太阳能电池的研究进展。已被引用715次(ISI截至2011年4月6日)。
太阳能,作为一种可替代化石燃料的能源,在多个研究领域都得到广泛的关注。体系价格合理、质量轻,并且其活性层可以进行比较简单的溶液处理,是一种非常有前景的太阳能转换平台。这种激发子太阳能电池的原理是基于光诱导后,电子从供体到受体的转移。由于富勒烯具有强吸电子能力及电荷传导能力,研究者普遍认为富勒烯是一种很好的电子受体。目前,最高效的有机太阳能电池是由双连续的聚合物-富勒烯(又称体相异质结)组成的。聚合物太阳能电池的最高能量效率仅达到5%左右,因此,这项技术如果要实际应用,必须在其组成物质的活性层形态及电子性质的相互作用原理上取得突破。
Lee, J., Farha, O. K.,
Roberts, J., et al. (2009) &Metal-organic framework materials as
catalysts&. Chemical
Society Reviews, 38, .)
发表在《Chemical
Society Reviews》(2009年杂志影响因子20.086)的一篇综述文章,介绍了金属-有机框架材料在催化领域的应用。已被引用349次(ISI截至2011年4月12日)。
这篇文章评述了金属有机框架物(MOF)在催化领域应用的一些最新研究进展。讨论了如下几个方面的内容:①
带有金属节点的各种催化剂的催化作用。②
带有骨架结构的催化剂的设计。③
均相催化剂作为框架结构的催化体系。④
包裹的分子的催化作用。
不含金属的有机框架结构催化剂及带空穴修饰的催化体系的催化作用。⑥
MOF包裹团簇的催化作用。
16、Osterloh,
F. E. (2008) &Inorganic materials as catalysts for photochemical
splitting of
water&. Chemistry of
Materials, 20, 35-54.)
发表在《Chemistry
of Materials》(2009年杂志影响因子5.368)的一篇综述文章,介绍了用于光化学分解水的无机催化材料。已被引用228次(ISI截至2011年4月12日)。
利用太阳能光化学分解水制氢气和氧气是一种节能环保并且经济性好的过程,自从1972年Fujishima和Honda发现了基于Pt和TiO2的分解水的体系以来,已经有超过130种无机材料被应用于催化这一反应,这篇文章综述了这些无机催化材料,重点探讨了结构与活性的关系。
&Millstone, J. E.,
Hurst, S. J., Metraux, G. S., et al. (2009) &Colloidal Gold and Silver
Triangular Nanoprisms&.
Small, 5, 646-664.)
发表在《Small》(2009年杂志影响因子6.171)的一篇综述文章,介绍了具有三角纳米棱柱结构的胶体金和银。已被引用58次(ISI截至2011年4月12日)。
纳米材料的大小、形状、组成对其物理及化学性质有很大的影响,纳米材料制备工艺技术的进步有望给催化、医疗等不同领域的研究带来革命性的突破。在这些纳米材料中,非均质的粒子由于对称性降低所带来的新奇的物理化学性质使其受到广泛的关注。其中,三角形的Au和Ag纳米粒子具有随着结构及环境变化而变化的光学性质、各向异性的表面自由能、并且有可大规模制备可控边长及厚度的粒子的方法,因而备受关注。这篇文章综述了液相中合成Au及Ag三角棱柱的各种方法,并探讨了其可能的形成机理。
18、. (2009) &Heterogeneous photocatalyst materials for
water splitting&.
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, 38, 253-278.)
东京理科大学的Akihiko Kudo
教授和 Yugo Miseki博士发表在《Chemical
Society Reviews》(2009年期刊影响因子20.086)的一篇综述性文章。文章引用了大量的参考文献(361篇),主要介绍了用于光催化分解水反应的多相催化材料。(已被引用249次,ISI截至2011年5月)&&&
这篇综述展现了光催化分解水的基本原理及实验要点,纵览了多种光催化分解水制氢气和氧气采用的多相催化材料,同时介绍了含有牺牲剂的水溶液中的析氢及析氧反应。报道了用于光催化分解水反应的含有d0及d10离子构型的金属氧化物,金属硫化物,金属氮化物的研究进展,尤其是最近十年的新研究成果。
光催化剂方面丰富的文献资料在光催化性能影响因素及新材料设计等方面提供了重要的信息。利用自然界丰富的太阳能光催化分解水制氢是一种清洁、过程相对简单的系统,被认为是解决未来全球能源与环境问题的一种有效手段。
Lim, B., Jiang, M. J.,
Camargo, P. H. C., et al. (2009) &Pd-Pt Bimetallic Nanodendrites with
High Activity for Oxygen
Reduction&. Science, 324, )&&&&&
华盛顿大学Byungkwon Lim, Younan Xia等及布鲁克海文国家实验室Jing
Tao等合作发表在《Science》(2009年期刊影响因子29.747)的一篇研究论文。介绍了对氧还原反应具有高活性的Pd-Pt双金属纳米枝晶催化剂。(已被引用197次,ISI截至2011年5月)
控制Pt纳米结构形态可以改善其催化性能、增加其单位表面的活性位。作者采用水溶液中Pd纳米晶体作为晶种,L-抗坏血酸作为还原剂还原K2PtCl4,使Pt在Pd核的表面生长形成浓密的枝状阵列,得到Pd-Pt双金属纳米枝晶催化剂。
氧还原反应是质子交换膜燃料电池反应中的速率控制步骤,在Pd纳米晶体面上生长的枝状Pt具有相对大的表面积及有利于氧还原反应的独特的活性面,因此Pd-Pt双金属纳米枝晶催化剂可以在燃料电池中得到应用。在Pt含量相同的情况下Pd-Pt双金属纳米枝晶的氧还原活性比目前广泛应用的Pt/C催化剂高2.5倍,比第一代Pt黑催化剂高5倍。
Ma, L. Q., Abney, C.,Lin,
W. B. (2009) & catalysis with
homochiral metal-
&&&&&&&&&&
organic frameworks&.
Chemical Society Reviews, 38, .)
北卡罗莱纳大学Liqing Ma及 Wenbin Lin等发表在《Chemical Society
Reviews》(2009年期刊影响因子20.086)的一篇综述文章。主要介绍了手性金属-有机骨架材料在手性选择催化领域的应用。(已被引用次,截至年月)
金属-有机骨架材料(MOFs)可通过其金属离子和有机配体分子的组合对孔穴大小、形状和表面特性等进行调控,具有独特的结构和性能,在催化、分子识别、气体吸附、光学、磁性材料等方面具有广阔的应用前景。
这篇综述主要展示了手性金属-有机骨架材料在手性选择催化方面的最新研究进展。首先简要介绍了手性MOFs的基本原理及在催化领域应用的优势,总结了三种手性MOFs的合成路线。接下来介绍了框架物的稳定性及其开放的孔结构。最后,作者概述了一些最新的具有催化活性的金属有机骨架材料,这些材料通过如下三种方法获得:手性MOFs中带有非手性催化位,将不对称催化剂与骨架结构合并,及对手性金属有机骨架结构进行后处理。虽然相关研究刚刚处于起步阶段,但手性MOFs已经显示了其在多相不对称催化领域的应用前景,同时手性MOFs在纯光学有机分子合成方面也展示了广阔的前景。
&21.Antolini,
E. (2009) &Carbon supports for low-temperature fuel cell catalysts&.
, 88, 1-24.)
意大利的Ermete
Antolini发表在《Applied Catalysis B-Environmental》(2009年期刊影响因子5.252)的一篇综述文章。主要介绍了用于低温燃料电池催化剂的碳载体。(已被引用次,截至年月)
在低温燃料电池中,为了增加电化学反应的活性面积,往往会将电催化剂担载在高比表面积的载体上,最常见的为炭材料。研究表明碳载体的性质对燃料电池催化剂的电化学性能有很大的影响。比表面积大、结晶性好的炭材料有利于Pt纳米粒子的高度分散及电子的传导,因此可以获得更好的电池性能。
具有良好的导电性能、良好的机械性能、丰富的孔结构及可控的孔分布的非传统的炭材料,非常适合用作电催化剂载体,相关研究也是目前研究的热点。这些材料与传统的炭黑具有明显不同的形态,在纳米尺度上具有不同的孔结构(例如介孔炭),在宏观尺度上具有不同的表观形态(例如微球状)。这篇文章列举了的炭材料包括有序的介孔炭、炭气凝胶、炭纳米管、角、炭纳米线圈、炭纳米纤维等。如何制备比表面积高、导电性好、孔结构合理以及在燃料电池运行条件下稳定性好、制备方法简单并且价格低廉的碳载体是研究人员目前面临的挑战。这篇文章综述了用于Pt基催化剂的碳载体,特别关注新型的炭材料,探讨了基质性质对催化剂活性及电池运行条件下的稳定性的影响。
C. K., Peng, H. L., Liu, G., et al. (2008) &High-performance lithium
battery anodes using
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silicon nanowires&.
, 3, 31-35.)
斯坦福大学、美国劳伦斯国家实验室、日立高技术研发中心的研究人员合作发表在《Nature
Nanotechnology》(2009年期刊影响因子26.309)的一篇通讯类文章。主要介绍了一种用于锂离子电池阳极的高性能的硅纳米线。(已被引用次,截至年月)
能量容量高、循环寿命长的可充电式锂离子电池可广泛应用于便携式电子设备、电动车、植入式理疗设备等领域,是相关领域研究人员关注的热点。硅具有充电电位低、理论充电容量高(4200
mAh g-1)的特点,是一类受到普遍关注的锂电池阳极材料。
虽然硅材料的理论充电容量比目前的石墨阳极高10倍,也远远高于其它氮化物及氧化物阳极材料,但当锂从硅材料中嵌入及脱出时,硅材料的体积改变超过400%,这将导致材料的变形粉化,大大降低电池容量,这是硅材料目前面临的最大问题之一。
此文的作者研究表明硅纳米线电极可以避免这一问题,因为硅纳米线可以承受很大的张力而不粉碎,具有很好的导电性,接触电阻小,并且锂离子嵌入距离短。本文中作者制备的硅纳米线能达到硅阳极的理论充电容量,并且可以保持在理论值的75%左右,在循环过程中衰减量很小。
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待续......
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