新納米多孔材料疏通反應(yīng)“擁堵”

據(jù)報道，近日，美國休斯頓大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種全新多孔催化劑，通過允許分子跳過限制反應(yīng)的“擁堵”，從而加速化學(xué)反應(yīng)。

沸石是一種孔隙小于1nm的鋁硅酸鹽，作為固體催化劑應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，用于生產(chǎn)汽油和有附加值的化學(xué)品等。沸石孔內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)首先要求分子找到催化劑顆粒外表面的少量開口，這就要求分子必須排隊進入粒子，擴散到參與化學(xué)反應(yīng)的活性部位，然后離開粒子。

這項突破主要集中在降低分子進入催化劑內(nèi)部孔隙的障礙上。研究人員開發(fā)了一種方法來誘發(fā)更大的催化劑粒子像納米粒子那樣，讓分子進入引發(fā)反應(yīng)迅速并退出。研究人員在催化劑顆粒的表面生成了凸起或鰭片，粗糙的顆粒外表面的表面積顯著增加，使分子更容易進入，并減少了傳統(tǒng)沸石材料經(jīng)常出現(xiàn)的運輸限制。該新合成方法專注于控制沸石結(jié)晶的方式，使鰭狀結(jié)構(gòu)的生長成為可能。這種新型材料不需要直接合成納米顆粒，為沸石催化劑的設(shè)計創(chuàng)造了一個新的范例。（中國化工報）

碳納米管耐疲勞性能研究方面取得重大突破

據(jù)報道，近日，清華大學(xué)化工系魏飛教授和張如范副教授團隊在碳納米管耐疲勞性能研究方面取得重大突破，首次以實驗形式測試了厘米級長度單根碳納米管的超耐疲勞性能。相關(guān)成果以“超耐久性的超長碳納米管”為題，于8月28日在線發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

超強超韌和超耐疲勞性能的材料，在航空航天、軍事裝備、防彈衣、大型橋梁、運動器材、人造肌肉等眾多領(lǐng)域都面臨巨大的需求。碳納米管是典型的一維納米材料，也是目前已知的力學(xué)強度最高和韌性最好的材料，其宏觀強度和韌性均比目前廣泛使用的碳纖維和芳綸等材料高出一個數(shù)量級以上。然而，由于其小尺寸特性以及難以被測試的特點，單根碳納米管的疲勞行為以及疲勞破壞機制研究是該領(lǐng)域長期未能搞清楚的重大難題。

為開展單根厘米級長度碳納米管的疲勞力學(xué)行為測試，研究團隊設(shè)計搭建了一個非接觸式聲學(xué)共振測試系統(tǒng)。與基于電子顯微鏡的納米材料測試系統(tǒng)相比，ART系統(tǒng)具有多方面優(yōu)勢，該系統(tǒng)不僅避免了電子束導(dǎo)致的樣品損傷，也使得厘米長度的一維納米材料的疲勞測試成為可能，同時還解決了小尺寸樣品夾持以及高周次循環(huán)載荷的施加問題。

該研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管展現(xiàn)出驚人的超耐疲勞特性。在大應(yīng)變循環(huán)拉伸測試條件下，單根碳納米管可以被連續(xù)拉伸上億次而不發(fā)生斷裂，并且在去掉載荷后，其依然能保持初始的超高抗拉強度，耐疲勞性優(yōu)于目前所有工程纖維材料。與一般傳統(tǒng)材料的疲勞損傷累積機制不同，其疲勞破壞呈現(xiàn)出整體破壞性，不存在損傷累積過程，初始缺陷的生成對碳納米管的疲勞壽命起主導(dǎo)作用。此外，其耐疲勞性受到溫度影響，表現(xiàn)出隨著溫度升高而下降的特點。這項工作揭示了超長碳納米管用于制造超強超耐疲勞纖維的光明前景，同時為碳納米管在許多領(lǐng)域應(yīng)用的壽命設(shè)計提供了重要的參考依據(jù)。（北京日報）

上海微系統(tǒng)所等制備出手性可控的石墨烯納米帶

據(jù)報道，近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員王浩敏團隊首次在六角氮化硼（h-BN）表面制備出手性可控的石墨烯納米帶（GNR）并進行輸運性質(zhì)研究。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然·材料》上。

h-BN是一種具有優(yōu)異化學(xué)和熱穩(wěn)定性的寬帶隙二維材料，其具有六角蜂窩網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)和原子級平整的表面，不存在表面懸掛鍵和陷阱電荷，是可保持GNR本征電學(xué)性質(zhì)的理想襯底。

此前，王浩敏團隊通過引入硅烷進行氣相催化，在h-BN表面實現(xiàn)石墨烯晶疇的快速生長和邊界調(diào)控；首次通過采用h-BN溝槽作為生長模板，實現(xiàn)取向GNR的可控生長，開啟帶隙。上述研究為在h-BN襯底上制備亞5納米寬的手性可控的GNR奠定實驗基礎(chǔ)。

研究人員利用不同金屬納米顆粒在h-BN表面刻蝕出邊緣平直且沿特定取向（ZZ和AC）的具有單原子層厚度的溝槽，通過化學(xué)氣相沉積法在溝槽中制備出寬度小于5納米的高質(zhì)量取向可控GNR。研究人員與維也納大學(xué)教授Jannik Meyer課題組合作，借助掃描透射電子顯微鏡，揭示石墨烯和h-BN邊界處的面內(nèi)外延生長方式，制備得到的GNR邊緣原子級平整。進一步的電輸運測量結(jié)果表明，所有亞5納米寬度的ZGNR均顯示出大于0.4eV的帶隙，而窄的AGNR的帶隙隨寬度變化較大。該研究首次將手性可控的GNR面內(nèi)集成在h-BN晶格中，是面向開發(fā)具有原子層厚度的高性能集成電路邁出的重要一步，為實現(xiàn)操控和堆垛具有極薄厚度的復(fù)雜納米集成電路提供新途徑。（中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）

復(fù)旦大學(xué)成功設(shè)計納米“人造分子”簡易制備方法

據(jù)報道，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國家重點實驗室教授聶志鴻團隊成功設(shè)計納米“人造分子”簡易制備方法，相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《科學(xué)》。

分子是參與生命與物質(zhì)世界演化的最基本單元，由原子按照特定方式結(jié)合而成。那么，能否模仿從原子到分子的鍵合過程，創(chuàng)造出由無機納米粒子定向鍵合而成的“人造分子”，并利用其呈現(xiàn)出的各種獨特物理性質(zhì)，為傳感、催化、超材料和光電器件等領(lǐng)域開辟更廣闊的應(yīng)用前景

聶志鴻團隊為制備納米“人造分子”找到了一則簡易方法——通過設(shè)計聚合物配體間的簡單化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)對納米“人造分子”組裝構(gòu)筑和物理性能的調(diào)控。

傳統(tǒng)制備方法的原理是在納米粒子上定點修飾一段DNA分子，利用DNA分子之間的互補相互作用，實現(xiàn)對不同納米粒子結(jié)合的調(diào)控。“這好比在一個圓球上刻下卡槽或者粘上木條，不同的‘積木就能拼合在一起了?！甭欀绝櫿f。然而，在直徑為納米量級的“圓球”上“微雕”難度極大。聶志鴻團隊開創(chuàng)性地提出聚合物誘導(dǎo)納米粒子定向鍵合形成納米尺度“人造分子”的原創(chuàng)概念。研究人員在納米粒子上刷一層聚合物“涂層”，讓特定的聚合物配體布滿其表面。相比定點修飾DNA，這一步驟的難度降低不少。此時，納米粒子依然是一個各處性質(zhì)均相同的“圓球”。接下來，當2個刷有不同聚合物“涂層”的納米粒子相互靠近，不同的聚合物配體之間就會按照研究者的設(shè)計發(fā)生反應(yīng)，聚合物的鏈構(gòu)象與電荷排布隨之產(chǎn)生變化，整個“圓球”不再是各向同性，而是獲得了沿特定方向結(jié)合的趨勢。（中國科學(xué)報）

大連化物所研發(fā)出單原子修飾的納米反應(yīng)器

據(jù)報道，近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室二維材料化學(xué)與能源應(yīng)用研究組研究員吳忠?guī)泩F隊與有機-無機雜化材料研究組研究員楊啟華團隊合作，發(fā)展出一種單原子鋅修飾的中空碳球納米反應(yīng)器。該反應(yīng)器可同時用作鋰硫電池正極、負極的基體，提高對多硫化物的催化活性并抑制鋰負極枝晶的生長，應(yīng)用該反應(yīng)器的高比能鋰硫全電池具有高載量、高倍率、長循環(huán)的性質(zhì)。

鋰硫電池具有較高理論能量密度（2 600Wh/kg）和比容量（1 675mAh/g），被認為是具有潛力的下一代高能量密度的電化學(xué)儲能技術(shù)。但正極多硫化物的穿梭效應(yīng)、轉(zhuǎn)化動力學(xué)緩慢、負極的鋰枝晶生長等導(dǎo)致鋰硫電池的容量較低、安全性能不高、循環(huán)穩(wěn)定性差，這限制了其商業(yè)化發(fā)展。因此，設(shè)計一種輕質(zhì)量、高導(dǎo)電、高催化活性、優(yōu)異親鋰位點、高機械強度的載體材料，同時能抑制多硫化物穿梭和金屬鋰枝晶的鋰硫全電池，是目前突破鋰硫電池應(yīng)用瓶頸的一種有效方法。

該研究針對鋰硫電池存在的問題和遭遇的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，結(jié)合吳忠?guī)泩F隊在高性能鋰硫電池體系和楊啟華團隊在高效納米反應(yīng)器催化體系的研究，發(fā)展出原子尺度的、單原子鋅修飾的中空碳殼納米反應(yīng)器。該反應(yīng)器具有較高的比表面積、多級的孔結(jié)構(gòu)、良好的親鋰金屬表面、優(yōu)異的催化活性。將其同時應(yīng)用于鋰硫電池的正極和負極，提升了正極對多硫化物的吸附催化轉(zhuǎn)化能力，抑制了負極的鋰枝晶生長。該電池在700圈長循環(huán)條件下，容量衰減率僅0.015%；在高電流密度條件下，仍有989mAh/g的比容量。此種中空碳殼納米反應(yīng)器的設(shè)計策略，為基于轉(zhuǎn)化反應(yīng)的鋰硫電池等高能密度能源器件的設(shè)計提供參考。（中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所）