摘要：Co_(x)B_(y)合金是一种具有高硬度和高熔点的材料,因其稳定的化学性质、高强度以及良好的热稳定性,在诸多领域具有广泛的应用前景。基于第一性原理方法研究了CoB,Co_2B,Co_3B,Co_(23)B_(6),Co_(5)B_(16)5种Co_(x)B_(y)合金的热力学性质和电子性质。采用能量-应变方法计算了二元合金的弹性常数和相关力学特性,基于准简谐德拜模型计算了有限温度内的德拜温度ΘD和热膨胀系数α等热力学特性。通过对二元合金的力学参数比较,发现CoB合金的综合力学性能在所研究的合金中是最好的;态密度图谱表明5种Co_(x)B_(y)合金均具有较好的金属性和良好的导电性,在电极材料领域有一定的应用潜力,且在Co_3B和Co_(23)B_(6)合金中,Co原子的d电子轨道和B原子的p电子轨道间产生了共振峰,说明Co—B间有显著的化学键特征。本研究补充了Co_(x)B_(y)二元合金热力学性能参数的空缺,为Co基或Co—B二元合金材料的设计和应用提供了理论参考。

摘要：钠金属电池是一种利用钠金属作为负极的二次电池,具有钠资源丰富、能量密度高和安全性高等优势,成为一种新型电池技术正在飞速发展。然而,钠金属电池负极也面临着不可控的钠枝晶生长、“死钠”的产生、电解液-电极中间相不稳定等挑战,制约了钠金属电池性能的发挥。为了解决这些问题,开发稳定钠金属沉积/剥离界面层引起了研究者的关注。其中,共价有机框架(COFs)材料作为一类由共价键连接的晶态多孔材料,因其可调的孔道结构、高比表面积和可修饰的骨架,在隔膜修饰、准固态电解质构筑以及钠负极界面层设计等钠金属负极保护方面已初步显示出巨大潜能。本文综述了近年来COFs在钠金属电池负极保护中的研究进展,展望了未来存在的挑战与应用前景,为新型COFs材料的设计、功能开发以及器件制备提供了新思路。

摘要：凝固过程控制是诸多相关技术的核心,在不同尺度上理解凝固行为对于实现凝固过程的有效设计与精确控制至关重要。历经数十载,凝固行为的原位研究已在微观尺度上揭示出凝固组织动态演化的丰富行为,并逐步向纳观尺度拓展。本文简要梳理了近半个世纪以来在微观尺度及纳观尺度凝固行为原位研究所取得的主要成果,总结了凝固过程多尺度原位研究方法,从原位研究角度揭示了胞晶、枝晶转变与组织演化行为及其影响规律,展示了目前已知的关于等轴晶、共晶体系凝固及组织特征的原位研究成果,也简要介绍了当前在金属熔体纳观尺度形核行为方面原位研究得到的认知。

摘要：低层错能的CrCoNi基(中)高熵合金在室温或低温下具有优异的断裂韧性。同时,在冲击条件下变形机理的多样性使CrCoNi基(中)高熵合金具有优异的抗变形能力,有望作为抗冲击结构材料被应用于极端环境中。然而,金属材料“强度-塑性”的倒置关系在CrCoNi基(中)高熵合金中依然存在,低的屈服强度限制了CrCoNi基(中)高熵合金的潜在应用。因此,选择合适的强化方法,提高CrCoNi基(中)高熵合金的屈服强度,同时保持高塑性,成为目前高熵合金研究的热点。本文从固溶元素、晶内缺陷、相结构3个方面介绍了目前应用在CrCoNi基(中)高熵合金中的强化方法,从固溶原子、间隙原子、位错、孪晶、相变、梯度结构等多方面讨论了强韧化机制,并以CrCoNi基(中)高熵合金的变形机理为切入点,分析了不同方法对合金性能的提升机理,为低层错能高强韧合金的设计提供了思路。

摘要：金纳米团簇(AuNCs)因兼具优异荧光特性、超小尺寸、精确化学组成及良好生物相容性等优势,使其成为近些年备受关注的新型荧光探针。为了推动荧光AuNCs在成像领域的应用,研究者们一直致力于发展高性能荧光AuNCs的设计与制备策略。基于对AuNCs结构与发光机制的理解,诸如提高荧光量子产率和细胞摄取率等策略陆续被提出以增强AuNCs的细胞成像效果,极大提升了其作为荧光成像探针的潜力,并将AuNCs的应用推广至荧光寿命成像、多光子成像等新兴荧光成像技术。近些年发展的具有近红外二区荧光的AuNCs进一步推动了其在活体成像的应用。文中概述了AuNCs的制备方法、提高AuNCs细胞荧光成像效果的各种策略,以及AuNCs荧光成像应用的最新进展,并对该领域的挑战和未来发展进行了展望。

摘要：石墨在碳酸酯基电解液中储钠活性很低,因此被认为不合适作为钠离子电池负极材料。而最近的研究表明,在以线性醚为溶剂的钠离子电解液中,石墨具有高的储钠容量和首圈库伦效率。因此,探索这种溶剂依赖型的石墨界面演绎过程具有重要的意义。本研究采用原位原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)实时观测石墨在碳酸酯基和线性醚基电解液下的界面微观动态过程。结果表明:在线性醚溶剂下,石墨电极界面没有固体电解质界面膜(Solid electrolyte interphase,SEI)形成,且溶剂化钠离子可以在石墨层间进行可逆的插入和脱出,AFM结果从界面角度解释了其具有高初始库伦效率的内在原因。然而在碳酸酯溶剂中,可以观察到石墨电极表面出现明显的沉积物,对应SEI的生长;并且在充电过程中SEI逐渐减少,表明碳酸酯溶剂下形成的SEI不稳定,造成不可逆的容量损失和低库伦效率。此外,石墨表面未出现明显的台阶变化,反映了没有钠离子的脱嵌过程。上述研究结果为石墨负极界面反应动态过程提供了见解,从微观尺度揭示了溶剂依赖的石墨负极储钠行为及其界面反应机理,为高性能钠离子电池体系的设计与发展提供了理论依据。

摘要：钠离子电池因资源丰富及成本低等优势,在大规模储能领域备受关注。炭材料作为钠离子电池实用化进程中的关键负极材料,具有高容量、低嵌钠平台、易调控且稳定性好等特点,引起了研究者的广泛关注。掺杂原子可改善炭材料的微观与电子结构,是提升储钠性能的有效途径。常见的杂原子包括N、S、O、P、B等,其中硫原子因其较大的半径能显著扩大层间距、增加缺陷与活性位点,被广泛用于炭负极材料的掺杂改性。本文综述了近年来硫掺杂炭材料的设计制备及在钠离子电池负极中的研究进展,分析了硫掺杂对碳结构的调控机理与改善电池性能的作用机制,最后针对目前面临的挑战和可能的解决方案进行了总结和展望,以期推动硫掺杂炭负极材料在钠离子电池中的实用化进程。

摘要：顺酐水相加氢制备下游产物丁二酸,是一种合成生物可降解塑料聚丁二酸丁二醇酯的重要单体.在水相体系中,顺酐迅速水解生成顺丁烯二酸,表现出较强的酸性,对催化剂耐酸稳定性要求较高.贵金属催化剂通常表现出较高的顺酐加氢活性,但由于其与底物分子结合能力较强,容易生成深度加氢或氢解产物,并且贵金属高昂的价格也限制了其进一步应用.此外,工业上常用的负载型Ni基催化剂的活性和稳定性也有待进一步提高.因此,在顺酐水相直接加氢生成丁二酸的过程中开发高活性和高稳定性的非贵金属基催化剂具有重要意义.金属硅化物作为一种新型的金属间化合物催化材料,常作为非均相催化剂应用,尤其对涉氢反应表现出较高的活性和选择性,并且由于硅原子的掺入,调变了活性位点的几何和电子结构,使其展现出较好的催化活性、耐酸碱腐蚀性和热稳定性,有望用于顺酐直接水相加氢反应制备丁二酸.本文采用新型低温熔盐技术成功制备了一种单相的、元素分散均匀以及高比表的CaNi_(2)Si_(2)金属间化合物纳米催化剂,并将其应用于顺酐连续水相加氢制备丁二酸的反应体系中,可以有效解决该体系存在的瓶颈问题.采用X射线衍射Rietveld精修技术、X射线光电子能谱深度剖析、紫外光电子能谱和态密度分析等手段对CaNi_(2)Si_(2)催化剂的几何和电子结构进行剖析.并采用模型化合物丙烯酸原位漫反射傅里叶变换红外光谱、原位程序升温脱附/表面反应及密度泛函理论计算等研究了CaNi_(2)Si_(2)催化顺酐加氢反应机理,并剖析构效关系.结果表明CaNi_(2)Si_(2)催化剂中电子由Ca向Ni和Si发生转移,并证明了这种富电子Ni活性位点的协同作用有利于其对底物分子中C=C键选择性吸附和H_(2)的活化,从而使其展现出较好的目标产物丁二酸的选择性.在3 MPa,120℃,接触时间5.4 gcat/(mmolreactant·min^(‒1))条件下,丁二酸产率可达到100%.此外,相比于负载型Ni/SBA-15催化剂(51.90 kJ/mol),CaNi_(2)Si_(2)展现出更低的表观活化能(46.39 kJ/mol),从本征活性证明了其作为顺酐水相加氢催化剂的优势.稳定性测试结果表明,与Ni/SBA-15相比,由于CaNi_(2)Si_(2)中Ni特殊的配位环境和电子结构抑制了羧酸盐的形成,有效减少了活性金属Ni位点的流失,从而有效的提高了其在顺酐水溶液(2 wt%,pH=1.51)中的耐酸腐蚀性能,使其表现出高活性的同时具有较好稳定性,在一定程度上可替代贵金属催化剂.同时,底物扩展实验也证明了CaNi_(2)Si_(2)作为一种催化新材料在不饱和链状或环状有机酸/酸酐的加氢性能反应中均能展现出较好的活性,说明了CaNi_(2)Si_(2)作为非贵金属催化剂在酸酐加氢领域具有巨大潜力.总之,金属硅化物的精细设计和结构调控将为顺酐加氢催化剂的可控优化提供重要参考,并为设计高效稳定的苛刻反应中选择性加氢催化剂提供新的思路.

摘要：凭借着钠资源储量丰富和成本优势,钠离子电池在电化学储能领域有望成为锂离子电池的重要补充。作为钠离子电池负极材料,炭及其复合材料可以通过合理的结构设计和组分调控获得优异的储钠性能。随着可穿戴电子器件日益普及,人们对电极提出了更高的性能要求。自支撑电极无需使用电化学惰性的黏结剂和导电添加剂等组分,有利于提升电池体系能量密度。本文总结了近年来钠离子电池用自支撑炭基电极材料的最新研究进展,包括碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯及其复合材料,从基底有无的角度详细综述并讨论了自支撑炭基负极的制备策略及其电化学性能,最后对钠离子电池用自支撑炭基负极材料的未来挑战和发展进行了展望。

摘要：等壁厚设计在中国古代青铜器中应用非常普遍,二里头文化晚期的青铜容器上就已出现器物壁厚均等的设计。本文在梳理学界对等厚现象研究的基础上,使用凝固模拟软件ProCAST对青铜鼎的等壁厚设计进行精准模拟,计算并比较等壁厚与非等壁厚设计在凝固过程中的差异。实验研究发现柱足鼎的等壁厚设计最多可缩短52%的凝固时间差,并在很大程度上消除了器物中的铸造缺陷。等壁厚的应用在宏观上降低了铸件的缺陷、提高了铸造成功率,在微观上优化了器物的组织、提升了器物的机械性能,是我国青铜时代最重要的铸造设计基本原则之一。