2023-11-12
近年来，二维（2D）材料因具有独特的与自旋相关的物理性质（范德华材料的磁子激子耦合行为和金属有机骨架材料中非常规磁现象等）而引起了物理学家和材料学家们的广泛关注。尤其是具有磁性（铁磁和反铁磁）的二维材料更是下一代自旋电子器件的首选材料。然而，由于反铁磁缺乏净磁化强度以及外磁场响应能力，准确识别它们的磁结构、进而深入理解其反铁磁衍生效应仍然是一个严酷挑战，这极大地限制了二维反铁磁的基础研究和实际应...
2023-10-30
氢气作为一种高热焓、零碳排放的能源，在未来绿色能源社会中扮演着重要的角色。通过电解水的形式将太阳能、水能、风能等可持续能源以电能的形式转化成化学能储存在氢气中是一条非常经济且绿色的产氢途径。碱水电解产氢可以避免酸腐蚀电极和催化剂的腐蚀溶解，达到高效制备纯氢的目的，同时也能与其它工业半反应（氯碱化工）联用，显示出更广泛的应用前景。相比于酸性环境中质子直接耦合电子的析氢反应（2H+ + 2e- → H2↑），...
2023-10-30
近年来，具备独特物理化学性质的二维纳米材料及其在能源方面的应用受到了研究人员的广泛关注。通过不同的物理和化学设计策略建立的相结构是实现独特物理化学性质的主要原因。对二维能源纳米材料的相结构和真实反应机理进行具体分析离不开关键的表征方法，这些方法需能够提供尽可能多的有价值的信息。 近期，合肥光源inhouse科学家、中国科学技术大学国家同步辐射实验室宋礼教授课题组讨论了同步辐射表征技术在材料的相工程和...
2023-10-30
具有可拉伸性的可穿戴电子产品应具有足够的弹性，以适应生物组织在大应变和频繁应变时产生的应变。这些要求已逐渐成为用于人工皮肤的弹性电子器件材料的基本特征。最近，基于本征弹性导体或半导体的可穿戴传感器和电路的原型器件已经取得了较大的进展。然而，铁电体作为现代电子的关键和有前途的基础材料，其弹性化却远落后于导体和半导体的弹性化进程，阻碍了它们在新兴可穿戴设备中的应用。
具有可拉伸性的可穿戴电子产品应具有足够的弹性，以适应生物组织在大应变和频繁应变时产生的应变。这些要求已逐渐成为用于人工皮肤的弹性电子器件材料的基本特征。最近，基于本征弹性导体或半导体的可穿戴传感器和电路的原型器件已经取得了较大的进展。然而，铁电体作为现代电子的关键和有前途的基础材料，其弹性化却远落后于导体和半导体的弹性化进程，阻碍了它们在新兴可穿戴设备中的应用。在过去的几年里，化学交联在半导体...
2023-09-03
将高温/高压条件下的氢化反应转换为环境条件下的电化学氢化反应可以极大地减少化学工业的碳足迹。众所周知，铜催化剂通过电催化腈类加氢对伯胺具有选择性。然而，在高电流密度下，它们的能量效率和法拉第效率仍无法满足工业需求。此外，潜在的催化机制仍然没有得到充足理解，特别是局部精细结构和催化选择性之间的相关性。考虑到乙腈电化学氢化的复杂性（包括，腈C-N键的吸附和活化、质子耦合-电子转移和乙胺C-N键的解吸等过...
2023-09-03
电化学还原CO2为碳基燃料和化学品是碳捕集利用与封存技术的重要组成部分，在可再生能源存储和二氧化碳负排放方面具有广阔的应用前景。开发高效的CO2还原电催化剂是处在前沿的研究课题，一个理想的CO2还原反应电催化剂应具有低过电位和高电流密度的产物，同时在长期电解后保持高选择性和活性。然而，由于CO2具有很强的化学键强(806 kJ·mol-1)和竞争性氢气析出反应的发生，实现理想的CO2RR催化剂性能是极具挑战性的。目前...
2023-09-03
聚酰胺类材料是开发最早使用最广的热塑性工程材料,其中聚酰胺-6(尼龙6)广泛应用于纤维,工程塑料等领域。由于己内酰胺是尼龙6制备中的关键单体,每年己内酰胺的需求量仍在逐步增加,其产能已达到每年890万吨。传统的己内酰胺合成包括环己酮肟的制备和环己酮肟的贝克曼重排两个步骤。相比于简单的贝克曼重排反应,传统的环己酮肟的制备过程中需要使用到易爆炸的高浓度羟胺溶液,因此有必要开发出一种更加高效安全的策略从氮氧化物和环...
2023-09-03
分子模拟是物质微观结构演化、光谱学模拟、材料构效关系、化学反应机理等科学研究的重要理论模拟工具。分子模拟的核心问题是根据原子几何坐标计算体系的势能和势能梯度，传统上这类计算一般依赖经验势方法或者第一性原理方法（如密度泛函方法DFT等）。一般来说，经验势方法计算效率高，可用于大体系长时间过程的模拟，但模拟精度较低，且难以描述化学键的形成和断裂等反应过程；第一性原理方法具有较高的物理精度，可描述化学反...
2023-09-03
甲烷氧化羰基化过程是制备乙酸的一条极具吸引力的途径。然而，该过程中外加的氧化剂（如O2和H2SO4）和羰基化试剂（如CO）会带来许多副反应的发生，限制了甲烷氧化羰基化过程的进一步应用。光驱动化学转化技术是实现温和条件下甲烷转化的一条有潜力的途径。通过反应中水氧化产生的·OH自由基，能够将甲烷活化为甲基自由基，并在反应位点上发生后续转化过程。然而，在光驱动过程中实现甲烷到乙酸的直接转化仍是一项挑战。主要瓶颈...
2023-08-29
无机离子是生物生命活动所必须的元素，绝大多数生物需要金属离子参与代谢，以维持生物的主要生理功能。当生物暴露于高剂量或有毒的离子环境中，会激活基因、蛋白、亚细胞等多个尺度的解毒通路。其中，将金属离子转化为纳米粒子是一种独特的生物解毒策略，为材料组装开辟了绿色通道。无机离子与有机生命相互作用是一种跨尺度体系，可视化金属离子诱导的亚细胞演变规律和生物合成纳米颗粒的3D分布仍然是一个挑战。中国科学技术大...
2023-07-16
甲烷在自然界有广泛的来源（包括天然气、页岩气、可燃冰等），是最清洁、最丰富的天然碳资源，将气态甲烷转化为高附加值化学品对于我国能源化工以及环境科学的发展均具有重要而深远的影响。光催化可在温和的条件下，将甲烷的C-H键断裂、活化，实现甲烷的直接转化，因此得到了快速的发展和广泛的关注。但是，针对光催化反应中活性中间体，尤其是自由基的原位检测手段依然欠缺。 图1、原位光催化质谱装置示意图 中国科学技术...
2023-07-16
高分辨X射线成像技术已成为生物科学及材料科学等领域纳米尺度结构表征的重要手段。因此，各大同步辐射装置均建有高分辨X射线成像实验站，实现全场或扫描X射线透射显微成像以及叠层相干衍射成像等实验方法和技术，而这些成像技术均需要波带片对X射线聚焦或成像。用于X射线成像技术的波带片是一种大高宽比的微纳结构，对微纳加工技术提出了极大的挑战。目前，这种波带片只有美国、瑞士和加拿大等国家少数几家公司可以制作，国内同...
2023-07-16
水系锌离子电池（ZIBs）凭借安全、无毒以及较高的理论容量，已经成为最具潜力的可持续储能技术之一。在众多ZIBs电极材料中，层状钒氧化物具有晶体结构可调、容量高等特点，是现阶段广泛研究的正极材料。基于离子或分子预插层策略可以有效解决正极材料的晶格空间不足、电子传导性低等问题，从而进一步提升电池性能。然而，目前对插层型正极材料的研究多关注于层间空间膨胀对容量的贡献。因此，发展先进的原位表征技术，从原子...
2023-07-16
传统甲醇蒸汽重整制氢需要中等的温度和压力(例如200-350℃和20-50 bar)，导致高资本成本和高二氧化碳排放。尽管人们对甲醇重整的研究已经付出了巨大的努力，但现有的大多数案例都集中在以H2为唯一目标产物的半还原反应上，而忽略了其它含碳的半氧化反应产物。因此，在中等条件下实现甲醇选择性脱氢除还原产物H2外，还能产生高选择性甲醛仍然是一个挑战。光催化提供了一种在非常温和的条件下驱动化学转化的清洁和可持续的方法...
2023-07-16
Haber-Bosch合成氨工艺约占全球能源需求的2%，并导致1.44%的全球CO2排放，而约80%的合成氨通过Bosch-Mciser工艺用于尿素合成。化肥密集型农业和工业排放导致硝酸盐污染物日益积累，严重威胁着人类健康和环境。尽管通过可再生电力驱动的电催化还原反应可以将硝酸盐转化为氨，但工业过程仍需将其进一步转化为尿素。利用二氧化碳和硝酸盐之间的电催化C-N偶联反应合成尿素，为减少工业尿素生产的环境影响和提高各种工业过程中废弃物...
