摘要：本论文通过结构设计及简单方法成功制备一种二维石墨烯-WS_2复合结构,即WS_2纳米片嵌入石墨烯化中空纳米碳管中(WS_2@G).这种新的电极结构采用静电纺丝技术和化学气相沉积技术组合的方式,有利于实现集成化和无粘结剂锂离子或钠离子电池电极材料制备.采用内部的受限生长以及原位的石墨化碳包覆纳米同轴的互贯网络,得到纳米尺度WS_2片层分散的WS_2@G复合结构,能够提供有效的导电性和电解液浸润性的网络结构,同时还能够有效地降低电池在充放电循环过程中导致的体积膨胀效应,最终实现一种高机械性能、无粘结剂、优异电化学活性的电极在锂离子或钠离子电池储能领域中的应用.

摘要：目前生物材料的研发主要基于成分、拓扑结构和功能仿生以适应组织再生微环境.近几十年来研发的生物活性材料对于拯救人类生命和缓解患者痛苦起到了积极作用.然而,生物材料的发展面临缺乏新理论指导的挑战.研究表明电信号可以连接体内和体外环境以调节生命活动,且细胞内外微环境均由可产生电信号以调节生命活动的生物电活性材料组成.研究人员可以依据人体组织独特的电学微环境进行生物电活性材料的理性设计以促进人体组织再生和修复.生物电活性材料提供了一种生物材料未来发展的潜在方向.

摘要：向双电层电容器的电解液中加入氧化还原活性添加剂是一种提升其能量密度的有效策略.添加剂的分子结构与其电化学性能密切相关,但目前添加剂"分子结构-电化学性能"的关系还不明确.因此,我们制备了一类适用于有机电解液的紫精基氧化还原添加剂,并研究了分子结构对其电化学行为的影响.研究发现,紫精分子的电化学性能与其侧链和共轭骨架密切相关:侧链影响其电子结构及其与电极孔道之间的匹配,进而影响其可逆容量;而更大的共轭骨架可以赋予紫精分子更小的带隙和更大的电子离域体系,从而提高其倍率性能和循环稳定性.结构优化的紫精分子添加剂可以使双电层电容器获得34.0 Wh kg^-1的高能量密度和优异的循环性能.

摘要：太阳能电池结构中给体和受体的各向异性使得调制优化共混薄膜的形貌面临巨大挑战,因而使得非富勒烯全小分子太阳能电池很难实现高效率.因此,开发一种简便的分子设计策略有效地调节光活性材料的结晶特性,从而实现对共混形貌的协同调制变得至关重要.在本工作中,我们设计合成了侧基苯基取代的新给体分子B1.与噻吩侧基取代给体小分子BTR相比,侧基对称苯基取代的B1具有更强的结晶性.B1与非富勒烯受体BO-4Cl共混制备全小分子器件,GIWAXS测试发现在共混膜中B1的分子取向被受体分子BO-4Cl显著诱导,B1优势分子取向由单纯膜中的edge-on转变为共混膜中的face-on,表明B1与BO-4Cl之间存在更强的相互作用.基于B1:BO-4Cl的器件获得了15.3%的能量转换效率,经中国计量科学研究院(NIM)认证为15.1%.本工作结果提供了一种简单而有效的策略来改善给体分子的结晶性能,并实现活性层形貌的协同优化,从而获得了全小分子器件能量转化效率的突破.

摘要：近年来,由于新型、高效高分子给体和非富勒烯受体的不断涌现,有机太阳电池性能得以快速提高.本文开发了基于稠环双内酯构筑单元的高分子给体材料,设计合成了两种五元稠环双内酯单元BL1和BL2,并进一步用这两种单元构筑了D-A共轭高分子给体P1和***1和BL2的分子结构通过X射线单晶衍射方法得到解析.BL1呈现完全平面化的分子结构,BL2则由于分子中两个相邻羰基的排斥作用而呈现一种扭曲平面结构.由于双内酯基团的强吸电子性以及BL1和BL2单元较大的稠环平面,高分子给体P1和P2展现出较深的HOMO能级和较好的空穴迁移率.基于上述高分子给体和非富勒烯受体IT-4F的太阳电池P1:IT-4F和P2:IT-4F实现了较高的开路电压,分别为0.96和0.94 V,能量转换效率分别为10.44%和7.31%.

摘要：为提高锂离子电池的体积能量密度,电极的密度和厚度需要尽可能提高,以降低非活性组分在整个电池中的体积占比.但是,电极密度与厚度的增加,对电极,特别是对高容量硅负极循环过程中的力学稳定性提出了巨大的挑战.本工作针对硅碳复合电极材料,通过碳/硅界面的强化设计,实现"厚密"硅负极构建.利用可流动的硫模板法实现碳网络可控收缩,为硅纳米颗粒的定制限域碳笼,并辅以聚多巴胺界面修饰,以提高硅碳界面结合作用,最终获得增强界面的碳笼缓冲结构.进一步地,基于原位透射电子显微镜技术的平面压缩、垂直剪切等力学测试,以及力学-电化学耦合表征等解析硅碳增强界面对嵌锂膨胀硅纳米颗粒所发挥的力学缓冲作用.最终,基于此硅碳复合材料,获得具有高体积比容量和高面容量、稳定循环的"厚密"硅负极.