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2024 12.18

苏州纳米所吴晓东研究员等合作：具有自细化机制的可回收微米级Na2S阴极设计

室温钠硫（RT Na-S）电池以低成本、无毒、储量丰富的钠和硫为活性材料，具有极高的能量密度（1274 Wh kg-1），在储能系统中具有广阔的应用前景。传统的室温钠硫电池通常采用金属钠作为阳极，在安全性和界面稳定性方面面临很大挑战，严重限制了其商业化前景。硫化钠（Na2S）是室温钠硫电池无钠阳极体系下最有前途的初始正极材料，并且其能够避免正极体积膨胀的问题。然而，硫化钠受到电子导电性差、传递动力学慢和严重的穿梭效应的影响。目前主要的解决策略集中在纳米结构Na2S@C材料的开发，需要复杂的制造工艺和高成本，为大规模生产带来了困难。因此，在室温电池的实际应用中，解决易于获取的微米级硫化钠的使用问题非常重要。考虑到硫化钠固有的电子绝缘性，固-液-固转化途径被认为是实现微米级硫化钠活化的有效途径。然而，使用具有高多硫化物溶解度的电解质会导致严重的穿梭效应，而硫化钠漫长的激活过程加剧了这种现象。因此，必须加强多硫化物在阴极侧转化的动力学，以促进其连续转化，避免向阳极扩散。此外，由于其极低的电子导电，应特别注意Na2S在阴极上的堆积和失活。随着转化率的加快，必须制造出比表面积显著增大、成核位点丰
2024 12.18

苏州纳米所吴晓东团队合作：揭示FEC在增强高性能室温钠硫电池中的多功能机制

传统能源向清洁能源转型，人工智能用电需求增长，推动储能技术发展。室温钠硫（RT Na-S）电池基于硫的多电子转移氧化还原反应，理论能量密度高、成本低且环境友好，在大规模储能方面具有巨大的应用潜力。然而，电池的实际应用受到诸多挑战，如阴极侧活性物质硫的电子导电性差、多硫化钠的穿梭效应以及钠金属阳极的高反应性等。电解液工程提供了一种高效且直接的途径，其能够通过电解液的分解作用原位构建起有效的电极-电解质界面，确保RT Na-S电池的稳定循环。其中，氟代碳酸乙烯酯（FEC）常用作室温钠硫电池电解液添加剂或共溶剂，然而目前对于FEC对RT Na-S电池电化学性能的关键影响机制尚不清楚，明确这一问题对于指导高性能RT Na-S电池的电解质设计至关重要。近日，中国科学院苏州纳米所吴晓东研究员与河海大学许晶晶教授、中国科学院物理研究所李泓研究员合作在国际知名期刊 Angwandte Chemie International Edition上发表题为Unraveling the Multifunctional Mechanism of Fluoroethylene Carbonate in Enhan
2024 12.18

苏州纳米所邵辉合作：先进表征技术探究电容器中的限域电化学界面

近日，中国科学院苏州纳米所邵辉副研究员与法国图卢兹第三大学Patrice Simon院士团队、四川大学林紫锋教授合作，在Nature Nanotechnology期刊发表了题为Advanced characterization of confined electrochemical interfaces in electrochemical capacitors的综述文章，全面探讨了限域电化学界面研究中的进展，阐述了电容器在纳米限域环境下的电荷存储与传输机制。图1.二维平面内的双电层组成该综述详细讨论了不同表征方法在探究限域电化学界面中的应用，包括X射线小角散射、核磁共振（NMR）、原子力显微镜（AFM）、电化学石英晶体微天平（EQCM）等技术。这些方法使得研究者能够实时观测电荷存储过程中的离子迁移、离子浓度变化及界面电荷的分布情况。研究显示，限域空间中的离子通量受电极孔径、表面电荷以及局部无序结构的显著影响，且这些因素共同作用决定了离子的存储和传输行为。此外，文章强调了零电荷电势在纳米限域体系中的设计原则，这一参数对于调控离子通量和碳材料与电解质之间的相互作用起到了关键作用。图2.限
2024 12.18

紫金山天文台揭示旋涡星系形态的统计特性

近期，中国科学院紫金山天文台徐烨研究员领衔的科研团队研究揭示了河外旋涡星系旋臂形态的统计特性：在棒旋星系中，内部两旋臂、外部多条旋臂的结构更普遍，未发现主流银河系旋臂结构模型描述的从星系内部绕转到外部的四旋臂结构。研究结果进一步支持该研究团队前期基于自主银河系旋臂结构新模型提出的新观点：银河系是一个普通的棒旋星系。相关成果于2024年11月15日发表在《The Astronomical Journal》上。“我们的银河系是特殊的吗？”是《科学》杂志2021年《125个科学问题：探索与发现》的重要问题之一：由于我们身处银河系的星系盘之中，很难直接观测银河系的结构。长久以来天文学界的主流观点认为银河系是四条旋臂从星系内部绕转到外部的特殊结构的棒旋星系。2023年，徐烨团队基于天体脉泽、年轻恒星和疏散星团等高精度测量数据，利用最简单的模型拟合得到了一个内部两旋臂、外部多旋臂的银河系旋臂结构新模型（图1）。新模型一经提出，就受到了学术界广泛关注。图1 银河系旋臂结构新模型 (Xu et al.2023)为进一步探究银河系是否特殊，研究团队利用斯隆数字巡天观测数据，对5093个河外旋涡星系的形态
2024 12.18

中科院苏州纳米所蔺洪振团队合作封底与邀请论文：碱金属电池中原子催化调控无枝晶沉积动力学

碱金属电池（AMBs）因其高能量密度，被视为能源存储领域中一个充满希望且可持续发展的解决方案。尽管如此，这些电池的研究与发展进程却因枝晶生长和难以控制的镀层行为而受阻，这些问题通常源于界面离子或原子的无序分布和相关的高能势垒。不同于传统的界面工程和结构设计，新兴的催化调制技术被提出以克服这些挑战，旨在实现碱金属的均匀成核和原子级扩散。在众多催化剂中，单原子催化剂（SACs）以其接近100%的原子利用率脱颖而出，展现出卓越的原子级催化能力和效率。尽管仍处于早期阶段，SACs在调节碱金属离子/原子脱溶或扩散方面的应用在基础研究和实际应用中显示出巨大潜力。近日，哈尔滨理工大学李会华副教授与张皝教授联合德国亥姆霍兹乌尔姆研究所王健博士和中国科学院苏州纳米所蔺洪振研究员结合近年来在碱金属电池领域的系列进展，从单原子催化调控碱金属电极工作机制的角度出发，对单原子催化剂在碱金属电池领域的研究进展进行了综述和展望，并强调了基于SACs的未来关键电池化学和材料选择的可持续路径，以及实现高性能碱金属阳极的机遇和挑战。该成果以 Prospects of single atom catalysts for d
2024 12.18

中科院苏州纳米所吴晓东研究员等：一种调节室温钠硫电池界面相的不可燃双功能电解液

新能源电力资源错配和消纳等问题的存在迫切需要低成本高稳定储能技术的发展，新型电力系统的长周期储能方式仍在持续探索中。以低成本硫和钠为电极的高温钠硫电池在大规模储能中已有数十年的商业化应用，然而硫的利用率不足以及使用熔融态电极带来的高维护成本和安全性隐患，限制了其进一步的推广应用。室温钠硫（RT Na-S）电池可在常温下运行，提供了更安全、低成本的解决方案，但电极与电解液相间的复杂问题带来了诸多挑战，如穿梭效应、钠枝晶的生长、SEI/CEI的不稳定形成等，阻碍了开发长期稳定安全的储能室温钠硫电池的进程。当前的相关研究主要集中在硫正极纳米结构的优化以及负极表面保护等策略，并取得了许多积极进展。在常规的低成本硫碳正极体系中的问题解决，对于室温钠硫电池的规模化应用有着重要意义，需要在深入理解室温钠硫电池问题的基础上，通过电解液工程协同解决以上问题。近日，中国科学院苏州纳米所吴晓东研究员、河海大学许晶晶教授与中国科学院物理研究所李泓研究员等人在 Advanced Energy Materials 期刊上以 Interphase-Regulated Room-Temperature Sodium-
2024 12.18

中科院广州能源研究所在CO2和生物基呋喃共转化研究方面取得进展

近日，中国科学院广州能源研究所新兴固废高值循环研究中心在生物质转化领域取得了新进展，夏声鹏博士、赵坤研究员和郑安庆研究员等开发了一种双金属单源法合成的Zn-Mo-O/ZSM-5新型双功能催化剂，有效地将CO2与2-甲基呋喃共转化生成芳香烃，同时显著减少积碳，开辟了可持续化学品生产的新路径。相关研究成果以Co-feeding CO2for Methylfuran Aromatization over Bifunctional Zeolite-supported ZnMoO4为题发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。该研究表明，Zn-Mo-O/ZSM-5双功能催化剂不仅有效提高2-甲基呋喃和CO2转化率（超过97%），同时也使得目标产物芳烃和一氧化碳的碳收率超过85%，副产物烯烃含量几乎可以忽略不计（0.05%），催化剂上的积碳生成量从22.3%降至8.6%。此外，CO2的加入有效提高了反应的稳定性，稳定运行时间从 40 分钟延长到 110 分钟。同步辐射真空紫外光电离反射飞行时间质谱（SVUV-PI-ReTOF-MS）
2024 12.18

中科院苏州纳米所沈炎宾团队：阴离子调制--设计适用于高电压固态锂金属电池的聚合物电解质

聚合物电解质具有良好的柔性，可与电极材料形成低阻抗界面，在固态电池中具有良好的应用前景。然而，聚合物电解质通常室温电导率较低，且电化学窗口较窄，不适用于高比能固态锂金属电池。因此，开发具有高离子电导率和良好界面相容性的聚合物电解质是固态电池领域的重要研究方向之一。基于此，团队结合前期在单离子聚合物电解质的开发（Acta Phys. -Chim. Sin. 2023,39 (8),2205012）、界面传输机制的研究（J. Am. Chem. Soc. 142,18035,2020）、固态电极传输网络的构建（Batteries Supercaps,e202400132,CCS Chem. 2024,Nat. Commun. 2022,13:2031）等研究基础，提出用以匹配高电压固态锂电池的聚合物电解质的设计方法。近日，中国科学院苏州纳米所沈炎宾研究员团队提出一种阴离子调制聚合物电解质（后称为AMPE）设计概念，研制了同时兼顾高电压正极和锂负极界面稳定性，且室温电导率高的聚合物电解质，在高电压固态锂金属电池中获得了良好的循环稳定性。具体来讲，该工作采用耐高电压且具有高电荷密度的离子液体
2024 11.12

科学岛团队实现先进封装用金微球阵列异方导电胶的高效构筑

近期，中国科学院合肥物质院固体所纳米材料与器件技术研究部，与高分子与复合材料研究部、粤港澳量子科学中心等合作，在异方导电金微球阵列的快速制备及性能研究方面取得新进展，实现先进封装用金微球阵列异方导电胶的高效构筑。相关研究结果发表在Nature Communications上。阵列式异方导电胶（ACF）是将导电微球粒子以阵列形式配置于交联聚合物层，可有效解决传统ACF存在的粒子随机分布导致横向短路等问题，确保更可靠的电导封装连接，是一种超高密度封装新范式。2014年，日本迪睿合公司以金属镀层的聚合物微球作为导电粒子，并将其精准阵列化排布，首次实现阵列式ACF的商业化。然而，这种导电粒子由于金属壳与聚合物的弱结合作用，使得其在实际深度压合下的键合中面临挑战，会导致金属外壳的破裂与脱离，影响整体的导电性能。相比之下，纯金属微球有序阵列因其固有的延展性，理论上可以保证在深度压合下仍然具有优异的导电性能，是理想的下一代封装材料。但是，受金属各向异性生长规律所限，大规模实现微米级纯金属球的制备及其阵列化排布，一直是业界的挑战性难题。针对上述问题，研究人员在团队前期提出的定位瞬态乳液自组装方法的基础
2024 11.12

SHMFF用户在高迁移率二维半导体中观测到分数量子霍尔效应

近期，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户辽宁材料实验室和山西大学等合作者利用SHMFF所属水冷磁体WM5，在二硫化钼的n型半导体场效应晶体管低温欧姆接触稳定可靠制备方面取得了新进展，该成果在线发表于Nature Electronics。寻找实现高迁移率二维半导体的方法或材料体系并观测其中如量子霍尔态等物理效应，是凝聚态物理以及纳米电子学的重要研究方向之一。量子霍尔效应首次在量子阱二维电子气中被发现已逾40年，但可实现量子霍尔，尤其是分数量子霍尔效应的二维电子体系依然非常有限。其中，高迁移率二维本征半导体的分数量子霍尔态在电输运上尤为难以实现，主要瓶颈在于获得较低载流子浓度欧姆接触极具挑战。该研究团队将硫化钼少层晶体在手套箱中用氮化硼进行封装，其中顶部氮化硼薄层采用预图案化的二维微米尺寸窗口进行铋电极热蒸发接触。所得器件在较低载流子浓度即可具有全温区（毫开尔文至室温）欧姆接触和高迁移率。在SHMFF 34 T水冷磁体下，利用低噪声极低温输运实验测试系统，观测到填充系数niu=1的量子极限和⅖、⅘填充的分数量子化横向电导平台。这是目前能够通过电输运（非拓扑平带体系）观测到分数量子霍尔效应

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