摘要：开发高熵硼化物材料的功能特性对于拓宽其在极端环境中的潜在应用至关重要.为此,本文通过调控材料的组分开发出具有高效催化性能的高熵二硼化物(HEB_(2))纳米颗粒:首先基于对HEB_(2)的尺寸差异因子、混合焓以及体系自蔓延燃烧模式的理论分析,我们采用一种简便、快速、低成本的燃烧合成方法合成了6种不同组分的HEB_(2)纳米颗粒;然后,通过对材料的组分进行调控实现了HEB_(2)纳米颗粒活化过硫酸盐降解抗生素的高效催化能力(四环素的最高去除效率可达93.5%).不同吸附位点的吸附能和差分电荷密度的第一性原理计算结果进一步证实了HEB_(2)优异的催化性能主要归因于Ti组元,而非高熵效应.此外,基于检测到的活性氧和计算的反应能垒,我们提出了HEB_(2)活化过硫酸盐降解抗生素的潜在催化机理.本研究不仅为HEB_(2)高效催化降解抗生素的组分设计提供了理论依据,而且显示出HEB_(2)在去除自然水体中新污染物方面的潜在应用前景.

摘要：工作在短波红外区域的光电探测器因其在商业和军事领域的广泛应用而备受重视,窄带隙二维层状材料(2DLM)被认为是构筑下一代高性能红外光电探测器的潜在候选者.然而,这类材料在原子级厚度时光吸收较弱,致使其探测性能难以满足实际需求.在本文中,我们提出了一种通过集成具有优异光吸收特性的金属有机骨架(MOF)纳米粒子和高迁移率的2DLM来设计高性能短波红外光电探测器的策略,并通过构筑MOF/2DLM(Ni-CAT-1/Bi_(2)Se_(3))混合异质结光电探测器演示了该策略的可行性.由于光生载流子从MOF转移到Bi_(2)Se_(3),集成在Bi_(2)Se_(3)层上的MOF纳米颗粒使异质结的光电流增加了2-3个数量级.该混合异质结光电探测器在1500 nm光照下的响应度和探测度分别达4725 A W^(−1)和3.5×10^(13) Jones.如此优异性能主要源于增强的光吸收和光门控效应的协同作用.本文提出的集成MOF光敏材料和2DLM的策略为未来构建高性能短波红外光电探测器提供了思路.

摘要：具有高容量的LiNiO_(2)(LNO)是高能锂离子电池最受欢迎的正极材料之一,但是其存在结构和界面稳定性差,循环性能不理想等问题.常规Mg、Al元素掺杂可有效改善稳定性,但会导致可逆容量及倍率性能的损失.本文通过分段的共沉淀法制备了铝镁不均匀掺杂的LNO二次球形前驱体,利用不均匀掺杂减少了掺杂剂用量并诱导实现了前驱体表面形貌的重构,煅烧后形成具有疏松多孔表层形貌的二次颗粒.改性后的LNO正极具有良好的循环稳定性(全电池150次循环后容量保持率为95.1%)和大倍率放电能力(10 C时达到177.9 mA h g^(-1)),这是由于比表面积的增加促进了锂离子传输,以及镁、铝的掺杂缓解了LNO循环过程中的有害相变.该工作揭示了通过设计掺杂元素的分布可以有效地调节LNO的形貌、结构和性能,为合成高性能的LNO正极材料提供了新的策略.

摘要：探索具有高催化作用的活性中心结构,对于开发锂硫电池用单原子催化剂(SACs)至关重要.基于密度泛函理论计算,本工作提出了一种新型吡咯氮配位结构,用于负载3d过渡金属原子,以设计出高性能SACs.相比于传统的吡啶氮配位结构,该吡咯氮配位结构可实现对多硫化物更高的吸附及催化转化作用,从而提升锂硫电池活性物质的利用率、循环稳定性及倍率性能.基于对不同配位结构中的金属原子d轨道与多硫化物中硫原子p轨道杂化方式的分析,本工作阐明了吡咯氮配位结构可对多硫化物实现更强吸附作用的原因.此外,采用数据驱动的研究手段,探索出影响多硫化物催化转化效率的本征因素.因此,本工作提出了新型锂硫电池用SACs活性中心结构,并揭示了SACs的性能调控机制,为锂硫电池用SACs的设计提供了新策略.

摘要：离子导电水凝胶由于其在生物相容性、导电性和灵活性方面的独特优势,已成为可穿戴式人体运动检测传感器的最有希望的替代品之一.然而,目前的水凝胶电子器件仍然面临着不可重复使用性和单一信号检测功能的限制.在此,我们通过模拟生物体的网络结构和离子传导机制,制备了基于聚乙烯醇、海藻酸纤维和胶原蛋白的离子导电水凝胶,用于人体运动和电生理信号的双模式信号采集.通过海藻酸纤维和胶原蛋白的协同调节,水凝胶表现出类似皮肤的机械性能,具有低模量、高韧性和抗疲劳性,从而可以最大限度地提高水凝胶可穿戴传感器的穿着舒适度和运动检测能力.此外,具有与生物体相似离子传输行为的水凝胶导体可以用作表皮电极,收集包含重要人体生理信息的表皮电位.通过对可穿戴设备的合理设计和组装,水凝胶不仅可以连续、准确地识别全身运动信号,还可以采集肌电图、心电图等不同电生理信号.值得注意的是,这种基于非共价交联结构的水凝胶是完全可回收的,可以任意重组为新的电子器件,同时保持原有功能,提高水凝胶的可重复使用性,减少电子浪费.

摘要：A materials design tool for developing Pb-free soldering alloys in electronic package was developed based on comprehensive experimental data of phase equilibria and thermodynamic properties data accumulated with the CALPHAD (calculation of phase diagrams) method and contains 10 elements,namely,Ag,Au,Bi,Cu,In,Ni,Sb,Sn,Zn and *** can handle the calculation of phase diagrams in all combinations of these elements and all composition *** addition,based on this tool,the liquidus,solidus,phase fractions and constitutions,equilibrium and non-equilibrium solidification behavior,surface tension and viscosity of liquid,diffusion reactions and microstructural evolution,*** be *** examples of the calculation and application of this tool are *** design tool is expected to be a powerful tool for the development of Pb-free solders,as well as for promoting the understanding of the interfacial phenomena between Cu substrate and Pb-free solders in electronic packaging technology.

摘要：电催化硝酸根还原制氨是调节全球氮循环和合成氨的一种很有前景的方法.当前实现高效硝酸根还原制氨(NRA)的关键问题是开发具有高活性、选择性和稳定性的催化剂.本文通过把过渡金属(TM:3d=Sc-Zn,4d=Y-Cd,5d=La-Hg)锚定在二维材料Ti_(3)C_(2)O_(2)MXene(Ti_(3)C_(2)O_(2)-TM)上,筛选出新的NRA单原子催化剂.本工作采用密度泛函理论进行理论计算,发现Ti_(3)C_(2)O_(2)上的表面O官能团对TM具有较高的锚定能力,同时材料拥有良好的抗溶解稳定性.此外,锚定的TM与硝酸根之间强的p-d耦合作用使NO_(3)-易于活化.锚定TM在费米能级处有较高的不饱和d轨道,具有良好的稳定性和NO_(3)-活化能力.基于此,本文筛选出10种前线分子轨道在d5附近的Ti_(3)C_(2)O_(2)-TMs(TM=Cr,Mn,Fe,Tc,Ru,W,Re,Os,Ir,Pt),并且最有利的反应路径是持续的脱氧加氢:NO_(3)-→*NO_(3)→*NO_(2)→)*NO→*N→*NH→*NH_(2)→*NH_(3)→NH_(3)(g).本工作认为Ti_(3)C_(2)O_(2)-CrSA、Ti_(3)C_(2)O_(2)-ReSA和Ti_(3)C_(2)O_(2)-OsSA这3种具有低NRA过电位的Ti_(3)C_(2)O_(2)-TM是优异的NRA催化剂.这些发现为设计低能耗、低碳排放的先进氨合成路线提供了新策略.

摘要：非晶合金是非晶材料家族中的新成员,由于缺乏原子排列长程有序特征,具有独特的性能和广泛应用前景.然而,非晶合金的形成、成分设计和形变问题在该领域长期未得到解决,制约着新型非晶合金的高效开发.传统上,多组元非晶合金的成分设计主要遵循相图研究范式,以温度调控为出发点,确定低液相线的成分为落脚点,尤其强调深共晶成分.然而,对于缺乏相图的多组元体系则力所不及,亟需新的理论突破.本文综述了非晶转变中的热力学与动力学基本规律,重点探讨了热力学与动力学性质之间的关联性,尤其是梳理了材料熔化熵与熔点粘度、熔点等多个非晶形成经典参量之间的内在关联,提出并论证了熔化熵和振动熵为非晶形成的关键热力学参量,可有效指导高性能非晶合金的设计和表征.结合实际应用中对非晶材料的工程要求,讨论了化学成分调控对非晶合金剪切带的萌生密度和扩展稳定性的影响,并总结了在单调加载和疲劳加载条件下剪切带行为对非晶合金断裂过程的作用.最后展望了振动熵和构型熵之间争议问题,提出未来工作中需要发展具有物理意义玻璃形成能力指标和可靠数据库的需求,混合加载模式下的韧性以及疲劳和韧性之间的权衡等问题.本文为进一步建立高性能非晶材料成分设计路径提供了参考与指导.

摘要：RuO_(x)是一种有潜力的析氢反应(HER)电催化剂,然而,其表面上*OH和*H中间体的竞争吸附以及过度H结合导致其析氢性能较差.FeOOH具有较强的亲氧性,有望与RuO_(x)耦合形成RuO_(x)/FeOOH复合材料来有效促进HER动力学.鉴于Ru^(3+)的强氧化性,构建温和的反应环境是设计结构均匀、Ru位点可及的RuO_(x)/FeOOH复合材料的关键.本文提出一种乙醇调控铁腐蚀策略,在泡沫铁上原位生长了RuO_(x)/FeOOH电催化剂.醇羟基与Ru^(3+)配位降低了Ru^(3+)的氧化性,并减缓了其扩散,避免了剧烈的氧化还原反应.优化的纳米结构以及RuO_(x)和FeOOH之间的强电子相互作用,使所制备的催化剂在50和100 mA cm^(-2)电流密度下驱动HER和全解水,分别仅需67 mV过电位和1.56 V电压.基于羟基调控策略,乙二醇、正丙醇、异丙醇和甲醇同样可替代乙醇来增强RuO_(x)/FeOOH的HER活性.本工作提出了一种调节铁腐蚀行为的配位调控方法,为制备新型钌基复合催化剂提供了理论依据.

摘要：LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)因具有高容量和相对低的成本,是高能量密度锂离子电池中最有前途的正极材料之一.然而,在高截止电压下,它仍然存在不可逆的容量衰减问题.主要原因是高电压加速了六氟磷酸锂与微量水的水解反应,产生副产物,如高腐蚀性HF,导致不稳定的正极-电解液界面和持续的不可逆相变.在这里,我们通过添加钛酸四丁酯和二氟草酸硼酸锂双重添加剂来改善传统的电解液,以形成一个稳定的富含Ti、B和F的界面层,从而消除不利的正极-电解液副反应并抑制有害相变.此外,钛酸四丁酯可以通过去除H_(2)O/HF来稳定电解液.在双重添加剂的协同作用下,NCM811在高电压下的循环稳定性得到明显增强.采用双添加剂的Li||NCM811电池在1 C和4.5 V的高截止电压下循环200次后具有86%的高容量保持率.该方法为设计锂离子电池的高电压电解液提供了参考.