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创造历史!7天,燕山大学合作2篇Science

iNature  · 公众号  ·  · 2024-08-16 10:37

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空气敏感性仍然是钠(Na)层状氧化物(NLOs)商业化的一个重大障碍。这个问题已经困扰了科学界几十年,因为空气成分之间相互作用的复杂性以及它们对NLOs的体积和表面的影响。

2024年8月15日,中国科学院物理研究所胡勇胜、容晓晖、陆雅翔及燕山大学黄建宇等共同通讯在 Science 在线发表题为” Decoupling the air sensitivity of Na-layered oxides “的研究论文, 该研究表明 只有当分别与二氧化碳或氧气结合时,水蒸气才能在引发 NLO 的破坏性酸和氧化降解中发挥关键作用

定量分析表明,降低离子电位和钠含量综合影响的阳离子竞争系数(h)和增大粒径可以增强材料的抗酸侵蚀能力,而使用高电位氧化还原对可以消除氧化降解。 这些发现阐明了潜在的空气恶化机制,并使空气稳定NLOs的设计合理化。

另外,2024年8月8日,燕山大学张湘义及北京航空航天大学 张海天共同通讯 Science 在线发表题为 Fast fabrication of a hierarchical nanostructured multifunctional ferromagnet 的研究论文, 该研究 从传统的合金设计理念出发,提出了一种分层纳米结构(HNS)策略,以同时打破材料中的多种性能权衡。 使用镨钴(PrCo 5 )铁磁体作为概念验证,所得的HNS优于当代高温铁磁体,电阻率提高了50%至138%,同时实现了最高的能量密度。 我们的策略还实现了矫顽力的特殊热稳定性(- 0.148%/°C),这是器件精度和可靠性的关键特征,超过了现有的商用稀土磁体。 多功能源于有意引入的纳米层次结构,它激活了多种微机制来抵抗畴壁运动和电子传递,为多功能材料提供了一种先进的设计理念( 点击阅读 )。

层叠金属氧化物作为锂离子电池(LIBs)和钠离子电池(NIBs)的正极材料,由于其卓越的容量和可扩展性。与锂层状氧化物(LLOs)相比,钠层状氧化物(NLOs,其配方为NaxTMO 2 ,其中TM代表过渡金属)面临着一个关键挑战:即使没有富镍设计,这是LLOs不稳定的主要原因,由于对空气暴露极度敏感,它们仍然在数小时内迅速降解。这个问题可能导致容量损失、电极制造困难和性能低下。 这种空气不稳定性已经阻碍了 NLOs 的综合利用超过40年,因此解决这个问题对于释放 NLOs 的潜力、彻底改变储能格局和加速实用 NIBs 的发展至关重要。
要了解不稳定的起源,首先要了解空气与NLOs之间的相互作用。然而,耦合的大气成分,预覆盖残留物,以及死后表征的环境影响可能掩盖了清晰的降解途径。这导致了各种降解模式,包括水分子插层,TM被O 2 或H 2 O氧化,CO 2 与表面或大块残留物之间的直接反应,碳酸盐离子插层吸收C O 2 或H 2 O ,以及Na + /H + 或Na + / H 3 O + 与水交换。尽管存在争议,但水蒸气本身的破坏性作用被广泛强调。 除了机理不清楚外,缺乏标准的方法和定量分析进一步阻碍了对不同NLOs空气稳定性的精确评估,从而模糊了设计原则。 因此,迫切需要全面认识空气不稳定问题,合理设计空气稳定NLOs。
酸和氧化降解影响的量化及开发空气稳定NLOs的对策(图源自 Science
在该研究中,作者观察到水蒸气本身并不会破坏NFM111及其类似物,而是作为一个关键因素,导致不同的酸降解和氧化降解,分别与CO 2 和O 2 共同作用。 研究结果为空气稳定 NLOs 的设计提供了一个全面的路线图,重点是推进下一代NIBs的实用性。这些见解将成为进一步探索的催化剂,旨在克服相关材料的类似稳定性挑战,从而推动该领域向前发展。

参考消息:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm9223

END

内容为 【iNature】 公众号原创,

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