大牛指路:从刘忠范、成会明、张华、赵宇亮、戴黎明等16篇AM综述特刊,看碳材料未来发展!
想念熊夫妇 纳米人 2019-03-11

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本期特刊涵盖了碳纳米材料的广泛研究,包括可控生长、可伸缩合成和多功能应用。在过去的25年中,北京大学纳米化学中心(CNC)在石墨烯和其他碳纳米材料方面取得了许多成就。本期特刊以这些新兴碳纳米材料为主题,同时纪念北京大学纳米化学研究中心和北京石墨烯研究院成立25周年

 

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北京石墨烯研究院刘忠范院士和同事结了在传统玻璃上用化学气相沉积CVD生长石墨烯的技术,以及其生长机理和潜在应用。这种超级石墨烯玻璃具备优越的电导率和导热性,在触控面板、高亮度发光二极管、透明加热器、智能窗、光学元件、传感器等领域的基础研究和日常生活应用领域引起了广泛的关注。

参考文献:Zhaolong Chen ,Zhongfan Liu,et al. Graphene: Direct CVD Growth of Graphene on Traditional Glass: Methods and Mechanisms . Adv. Mater. 2018.

DOI: 10.1002/adma.201970060

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201803639

 

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正如武汉大学付磊教授和刘津欣在文章中所讨论的,石墨烯在可控生长、蚀刻、自组装和液体表面传递方面取得了令人兴奋的进展,促进了其未来的工业应用。封面上的这首诗翻译过来是“中国南方的池塘适合采集莲花”。荷叶多么密,多么旺啊! 漂浮在水池中的荷叶代表了生长在液体基质上的石墨烯单晶。

参考文献:Jinxin LiuLei FuGraphene: Controllable Growth of Graphene on Liquid Surfaces. Adv. Mater., 2018.

 DOI: 10.1002/adma.201970067

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800690

 

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中国科学院金属研究所李峰、成会明院士等人从对电活性材料的基本电化学反应、电极结构和整体电池设计的角度,讨论了碳纳米管(CNTs)和石墨烯在构建更优异的锂电池中的作用。展望了碳纳米管和石墨烯如何进一步促进锂电池的发展。

参考文献:Feng Li,Hui‐Ming Cheng, et al. Lithium Batteries: The Regulating Role of Carbon Nanotubes and Graphene in Lithium–Ion and Lithium–Sulfur Batteries. Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201970066

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800863

 

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半导体单壁碳纳米管(s‐SWCNTs)在下一代电子产品中具有广阔的应用前景。基于溶液法在规模化生产、高纯度和成膜方面具有独特的优点,中国科学院苏州纳米技术与仿生研究所李清文研究员和他的同事回顾了溶液法制备s - SWCNTs的最新进展及其在纳米集成电路和大面积薄膜晶体管中的应用。

参考文献Song Qiu,Qingwen Li,et al. Single‐Walled Carbon Nanotubes: Solution‐Processing of High‐Purity Semiconducting Single‐Walled Carbon Nanotubes for Electronics Devices. Adv.Mater.,2019

DOI: 10.1002/adma.201970063

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201970063

  

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超长碳纳米管(CNTs)的机械拉伸强度超过100 GPa,杨氏模量超过1 TPa。碳纳米管被认为是迄今为止发现的最强的材料之一,在储存机械能方面具有压倒性的优势。清华大学张如范教授和魏飞教授等综述了CNTs在制造飞轮用以存储动能方面的巨大潜力和发展方向。

参考文献Rufan Zhang,Fei Wei,et al. Mechanical Energy: Storage of Mechanical Energy Based on Carbon Nanotubes with High Energy Density and Power Density. Adv. Mater.,2019.

DOI: 10.1002/adma.201970064

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201970064

 

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具有可控性能的单壁碳纳米管在实际应用中是非常理想的。北京大学张锦教授和青岛科技大学何茂帅教授等综述了化学气相沉积对单壁碳纳米管的手性选择性生长的影响;概述了纳米管-催化剂界面在调节成核热力学和生长动力学中的重要性;综述了碳纳米管合成的研究进展,并对其控制生长的前景进行了展望。

参考文献:He M, Zhang S, Wu Q, et al. Designing Catalysts for Chirality‐Selective Synthesis of Single‐Walled Carbon Nanotubes: Past Success and Future Opportunity. Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201800805

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800805

 

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在投射电子显微镜下,由成像电子束驱动的各种电子与样品相互作用的过程表明了它们在没有其他外部驱动机制的情况下,具有激发石墨烯内部和周围许多新反应的潜力。苏州大学Mark H.Rummeli教授等人在介绍该技术后,综述了无定形碳、石墨烯、富勒烯、碳链和碳纳米管之间的相关反应。探究了不同的簇,纳米粒子单原子和分子与石墨烯的相互作用,最后展望了石墨烯内部和外围的电子束诱导化学过程的未来。

参考文献:Mark H. Rummeli,Zhongfan Liuet al. New Frontiersin Electron Beam Driven Chemistry in and around Graphene. Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201800715

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800715

  

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化学气相沉积法(CVD)制备大面积高质量石墨烯薄膜是实现工业规模应用的关键。北京大学刘忠范院士和彭海琳教授等综述了近年来CVD大规模生产石墨烯薄膜的研究进展,包括制备工艺、大型设备和关键参数等问题。

参考文献:Hailin Peng, Zhongfan Liu,et al. Toward Mass Production of CVD Graphene Films.Adv. Mater.,2018.

DOI: 10.1002/adma.201800996

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800996

 

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具有交联石墨烯网络结构的聚合石墨烯材料被证明具有二维石墨烯的特性。南开大学陈永胜教授等人总结了以下三个方面的内容:一是理论工作;二是合成及制备;三是性质及应用。此外,还提出了一些可以推进这类还没有引起重视的石墨烯材料研究的观点。

参考文献: Wangqiao Chen, Yongsheng Chen, etal. Polymeric Graphene Bulk Materials with a 3D Cross‐Linked Monolithic Graphene Network.  Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201802403

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201802403

 

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二维材料的生长受多种因素的影响,如基体、生长环境中的H2、O2、缺陷、晶粒的聚集等。韩国蔚山国家科学技术研究所丁峰教授等人系统地讨论了二维材料生长动力学的机理,总结了各种因素的影响。此外,还介绍了二维材料蚀刻的研究进展。

参考文献:Jichen Dong, Feng Ding, et al. Kinetics of Graphene and 2D Materials Growth.  Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201801583

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201801583

 

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从基于石墨烯的智能平台在联合治疗应用中的设计原理出发,国家纳米科学中心的赵宇亮院士等综述了近年来基于石墨烯的智能平台在联合治疗应用中的研究进展,以及石墨烯基材料协同治疗的最新进展,讨论了该领域目前面临的挑战和未来的发展前景。

参考文献:Zhanjun G, Shuang Z, Liang Y, et al. Graphene-BasedSmart Platforms for Combined Cancer Therapy. Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201800662

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800662

 

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可弯曲或折叠的柔性电池越来越受到智能电子行业的关注。北京大学刘忠范院士以及北京石墨烯研究院魏迪教授等人从材料制备、结构设计、性能优化等方面综述了近年来基于碳纳米材料的一维或二维结构柔性电池的研究进展。在此基础上,对现有的优势、挑战以及未来的发展前景进行了探讨。

参考文献:Ziping Wu, Di Wei, Zhongfan Liu , et al.Carbon‐Nanomaterial‐Based Flexible Batteries for Wearable Electronics. Adv. Mater., 2019.

DOI: 10.1002/adma.201800716

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800716

 

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清华大学张莹莹教授等人综述了碳材料在柔性和可穿戴电子领域的应用前景。包括具有合理设计结构的碳材料的可控制造及其在柔性设备领域应用的最新发展,包括生理传感器、生化传感器、导电电极/导线、电力设备和集成系统。并总结了该领域目前的挑战和未来的前景。

参考文献:Chunya Wang, Yingying Zhang, et al. Advanced Carbonfor Flexible and Wearable Electronics. Adv. Mater., 2019.

DOI: 10.1002/adma.201801072

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201801072

 

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意大利理工学院FrancescoBonaccorso教授等人通过概述近年来高效稳定的光电正极体系的研究进展,批判性地分析了碳基材料在析氢反应中的挑战、机遇和潜力。概述了电荷选择和保护层的功能作用,以及通过大规模的、高通量、高效益的方法制备光电阴极的最新进展

参考文献:Sebastiano Bellani, Francesco Bonaccorso, et al. Carbon‐Based Photocathode Materials for Solar Hydrogen Production. Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201801446

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201801446

 

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新加坡南洋理工大学张华教授等人综述了近年来石墨烯基贵金属纳米复合材料的研究进展。介绍了在石墨烯或其衍生物上合成贵金属纳米结构的不同策略。讨论了它们在电催化中的应用,包括析氢反应、氧还原反应、醇氧化反应和二氧化碳还原反应。

参考文献:Jiawei Liu, Hua Zhang, et al.Recent Progress in Graphene‐Based Noble‐Metal Nanocomposites for Electrocatalytic Applications. Adv. Mater.,2018.

DOI: 10.1002/adma.201800696

下载链接:https://doi.org/10.1002/adma.201800696


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新型的碳基无金属催化剂已被证明是贵金属/金属氧化物催化剂有前途的替代品,可用于催化各类反应,包括氧还原反应、析氢反应、析氧反应、二氧化碳还原反应、氮还原反应,以及双/多功能电催化。澳大利亚新南威尔士大学戴黎明教授等人对这一领域进行了全面的概述,包括制备方法、机制和应用,以及面临的一些挑战和展望。

参考文献:Shenlong Zhao, Liming Dai, et al. Carbon‐Based Metal‐Free Catalysts for Key Reactions Involved in Energy Conversion and Storage. Adv. Mater., 2018.

DOI: 10.1002/adma.201801526

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