纳米前沿顶刊日报20190207
纳米人 纳米人 2019-02-07

1.胡勇胜Angew.:斜坡主导的高容量高倍率碳负极用于安全钠离子电池

钠离子电池中碳负极的性能受到其低电位平台区倍率性能差的严重限制。在本文中,胡勇胜研究员团队报道了800摄氏度下热解得到的斜坡主导的碳负极材料,这种材料在0.15C的电流密度下可逆容量达到263 mAh/g以及高达80%的首周库伦效率。此外,当与NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正极匹配时,全电池在6C下的可逆容量可以达到0.15C下的75%,并且在3C下循环1000周后的容量保持率高达73%。研究结果表明这种碳负极优异的倍率性能来自于具有独特微结构的随机排列的短碳层和相当高的缺陷浓度。这种低温碳化策略也可以被应用于其他碳材料的制备。


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Qi Y, et al. Slope‐dominated carbon anode with high specific capacity and superior rate capability for high safety Na‐ion batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/ange.201900005

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201900005?af=R

 

2. Angew.:结构维度设计稳定富锂正极氧化物中的氧晶格与氧氧化还原化学

晶格氧-氧化还原(I-OR)已经成为实现富锂锰基正极氧化物高容量中氧化还原电荷补偿的重要补充。然而,有关I-OR的理解仍然是难以捉摸的,其中一个关键的问题在于结构效应对于晶格氧-氧化还原反应稳定性的影响。在本文中,研究人员研究了晶格氧-氧化还原和结构维度偶联的效应。研究人员对比了具有有序2D或3D阳离子有序结构的富锂氧化物材料中明显扭曲的氧晶格骨架,发现其中具有3D无序阳离子框架的富锂氧化物中的晶格氧结构演化十分稳定。该研究结果强调了含有氧化还原反应的晶格氧中结构维度的重要性。

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Zhao E, et al. Stabilizing Oxygen Lattice and Reversible Oxygen Redox Chemistry through Structural Dimensionality in Li‐rich Cathode Oxides. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/ange.201900444

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201900444?af=R

 

3.EES:双盐醚电解质:走向富镍正极的锂金属电池

美国陆军研究实验室徐康、Oleg Borodin和加州大学圣地亚哥分校Ying Shirley Meng团队通过实验和分子尺度模拟研究了在Li金属电池中的醚电解质中掺入两种盐所带来电化学性能和机械效应的改变。研究发现,电池的效率和循环稳定性的改善与初始Li成核过程直接相关,通过cryo-FIB制备的横截面观察到,沉积在双盐电解质中的Li薄膜比来自基础电解质形成的Li薄膜明显更薄且更密集,且沉积的Li的形态与电解质的化学函数明显差异。XPS表明,由双盐电解质形成的SEI主要由较大的阴离子碎片组成,表明阴离子强烈影响还原程度和所得的表面化学。

 

基于Ab initio DFT和基于力场的分子动力学计算揭示了电极-电解质界面处FSI-和TFSI-阴离子之间复杂的相互作用(定位,取向,反应性,动力学)。由于这种双盐系统带来了独特的界面化学作用,该电解质在4.4 V NMC622中经过300次循环(约2个月的循环)后,实现前所未有的(对于醚基电解质- Li电池)容量保持率(>88%),在4.4 V NMC622-Cu“无负极”电池中循环50次容量保持率提高>30%。

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Alvarado J, Schroeder M A, Pollard T P, etal. Bisalt ether electrolytes: a pathway towards lithium metal batteries with Ni-rich cathodes. Energy & Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/C8EE02601G

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee02601g#!divAbstract

 

4.吉林大学AEM:Ni/Mo2C-氮掺杂碳纳米纤维作为双功能催化剂

开发用于水分解的HER和OER的高效且稳定的双功能非贵金属电催化剂非常迫切。吉林大学Xiaofeng Lu课题组通过简便的静电纺丝,继而碳化,合成了与Ni和Mo2C纳米颗粒结合的氮掺杂碳纳米纤维作为有效的HER和OER催化剂(Ni/Mo2C-NCNF)。由于Mo2C上强的氢结合能和Ni的高电导率,Ni和Mo2C纳米颗粒之间的协同作用可显著促进HER和OER活性。优化的混合物(Ni/Mo2C(1:2)-NCNF)在10 mA cm-2的电流密度下为HER提供143 mV的低过电位,为OER提供288mV的低过电位。在碱性电解池中10mA cm-2下有1.64 V,仅比Pt/C‐RuO2基准电压大0.07 V。在100 h测试期间具有显著的耐久性且没有明显降解。


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Li M, Zhu Y, Wang H, et al. Ni Strongly Coupled with Mo2C Encapsulated in Nitrogen‐Doped Carbon Nanofibers as Robust Bifunctional Catalyst for OverallWater Splitting. Advanced Energy Materials, 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201803185

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201803185

 

5. AFM:治疗性肽自组装成刺激响应性簇状纳米杂交体用于肿瘤靶向治疗

将治疗性多肽设计成具有稳定空间结构和智能疾病靶向能力的纳米结构为克服多肽的药物临床转化障碍提供了一种可行的策略。He等人描述了一种将治疗性肽组装成稳定的金纳米杂化体的策略,它会进一步自组装成对肿瘤微环境具有响应性的高阶纳米团簇。实验将抗癌肽β-catenin / Bcl9抑制剂与金离子共聚,组装成纳米混合材料(pCluster)。体外和体内实验证明pClusters可以强有力地抑制肿瘤的生长和转移,并且保持很好的生物安全性。此外,研究还发现pClusters可以与PD1/PD-L1检查点阻断免疫治疗发挥协同作用。


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He W X, Wang S M, et al. Self-Assembly of Therapeutic Peptide into Stimuli-Responsive Clustered Nanohybrids for Cancer-Targeted Therapy. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201807736

https://doi.org/10.1002/adfm.201807736

 

6. 周绍兵Small:可植入的纤维装置用于共递送阿霉素和阿帕替尼克服耐多药癌症

肿瘤细胞耐多药(MDR)是导致化疗失败的主要原因之一。如何直接有效地抑制MDR肿瘤细胞的P-糖蛋白(P-gp)药物泵从而提高治疗剂在细胞内浓度仍是目前的一大难题。He等人采用微流体-电纺丝技术开发了一种新的可植入式分层结构的纤维装修用于阿霉素(DOX)和阿帕替尼(AP)的局部协同递送。该装置对两种药物的包封效率极高,可以达到99%。并且载药的释放可采用程序化模型控制。AP的持续释放可以持续抑制MDR肿瘤细胞的P-gp药物泵,增加细胞内DOX的积累。体内DOX的生物分布显示,植入纤维装置72 h后,肿瘤组织中DOX的积累达到17.82%,是静脉注射DOX的6.36倍。实验证明该纤维装置对MDR荷瘤小鼠具有良好的抗肿瘤作用,且全身毒性较低。


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He Y, Li X L, et al. Programmable Codelivery of Doxorubicin and Apatinib Using an Implantable Hierarchical-Structured Fiber Device for Overcoming Cancer Multidrug Resistance. Small, 2019.

DOI: 10.1002/smll.201804397

https://doi.org/10.1002/smll.201804397

 

7.ESM:MOF衍生的N掺杂微孔碳纳米孔道限域的蒽醌用作锂离子电池有机正极材料

蒽醌凭借其分子水平上的易于制备、更高的重量比容量以及可持续性等优势而成为新一代储能器件中最有希望的有机正极材料。然而,有机活性材料在电解液中的溶解等问题限制了其电化学性能的提升。在本文中,研究人员通过将蒽醌限域在ZIF-8衍生的含N微孔碳骨架(AQ@N-ZIF-8)中提升了其电化学性能。AQ@N-ZIF-8正极材料在0.1C的电流密度下实现了高达240 mAh/g的放电比容量,且循环300周后容量仍有214 mAh/g。优异的电化学性能归功于AQ在碳骨架中的高负载量与纳米多孔对溶解的抑制的协同效应。


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Zhao L, et al. Nanopore confined anthraquinone in MOF-derived N-doped microporous carbon as stable organic cathode for lithium-ion battery. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.02.003

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718313059?dgcid=rss_sd_all

 

8.ESM:一种高离子电导率凝胶聚合物电解质实现稳定准固态Li-S电池

固态锂硫电池被视为新一代高安全高比能储能器件,但其中固态电解质的低离子电导率严重限制了其实际应用。为了解决这个问题,研究人员报道了一种具有超高离子电导率的凝胶聚合物电解质(SHGP)(60 ℃下其离子电导率高达2.2×10-3 S/cm,30 ℃下其离子电导率高达0.75×10-3 S/cm),这种凝胶聚合物电解质能够大幅度提升Li-S电池的电化学性能。此外,由于SHGP中具有大量极性键因此可以通过化学吸附作用抑制多硫化物的穿梭效应。SHGP电解质匹配的Li-S电池在0.2C的电流密度下可逆比容量高达950 mAh/g且在1.5C下循环400周后循环稳定性良好。


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Zhou J, et al. A New High Ionic Conductive Gel Polymer Electrolyte Enables Highly Stable Quasi-Solid-State Lithium Sulfur Battery. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.01.024

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718310419?dgcid=rss_sd_all

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