北大破解碳纳米管制备难题 研究成果发表于《自然》杂志 2014年07月02日08：18 来源：人民网一人民日报海外版 园手机看新恒 本报北京7月1日电（记者赵婀娜）单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，根据卷曲方式（通常 称为“手性”)的不同，可以是金属性导体或带隙不同的半导体。这是碳纳米管的一个独特而优异的性质，但也为碳纳米管的制备带 来了巨大的挑战，用一般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物，单一手性单壁碳纳米管的选择性生长成为一个难题， 经过国际上20余年的努力仍悬而未决，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。对这一难题，北京大学化学与分子工程学院李彦 课题组最近提出了一种可能的解决方案，文章发表于6月26日的《自然》杂志。 据预测，基于硅基CMOS集成电路的微电子技术在未来10年左右将趋近于发展的极限，发展后摩尔时代的纳电子技术已迫在眉睫。 2009年，国际半导体路线图委员会推荐基于碳纳米管和石墨烯的碳基电子学技术作为未来10-15年可能显现商业价值的新一代电子技 术。材料是碳基电子学发展的基础和关键，然而迄今人们仍没有办法实现碳纳米管的结构可控生长，这已经成为制约碳基电子学发展 的瓶颈问题。 日本科学家饭岛澄男1991年在电子显微镜下观察到了碳纳米管，自此以后在国际上掀起了碳纳米管研究的热潮。 李彦教授课题组十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究，特别是在催化剂研究方面开展了深入系统的研究，形成了自 己的特色。基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构 的方案。他们发展了一类钨基合金催化剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其晶
北大破解碳纳米管制备难题 研究成果发表于《自然》杂志 2014 年 07 月 02 日 08:18 来源：人民网－人民日报海外版 手机看新闻 本报北京 7 月 1 日电 （记者赵婀娜）单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，根据卷曲方式（通常 称为“手性”）的不同，可以是金属性导体或带隙不同的半导体。这是碳纳米管的一个独特而优异的性质，但也为碳纳米管的制备带 来了巨大的挑战，用一般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物，单一手性单壁碳纳米管的选择性生长成为一个难题， 经过国际上 20 余年的努力仍悬而未决，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。对这一难题，北京大学化学与分子工程学院李彦 课题组最近提出了一种可能的解决方案，文章发表于 6 月 26 日的《自然》杂志。 据预测，基于硅基 CMOS 集成电路的微电子技术在未来 10 年左右将趋近于发展的极限，发展后摩尔时代的纳电子技术已迫在眉睫。 2009 年，国际半导体路线图委员会推荐基于碳纳米管和石墨烯的碳基电子学技术作为未来 10-15 年可能显现商业价值的新一代电子技 术。材料是碳基电子学发展的基础和关键，然而迄今人们仍没有办法实现碳纳米管的结构可控生长，这已经成为制约碳基电子学发展 的瓶颈问题。 日本科学家饭岛澄男 1991 年在电子显微镜下观察到了碳纳米管，自此以后在国际上掀起了碳纳米管研究的热潮。 李彦教授课题组十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究，特别是在催化剂研究方面开展了深入系统的研究，形成了自 己的特色。基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构 的方案。他们发展了一类钨基合金催化剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其晶
态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。利用这种钨基合金纳米晶为催化剂，就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳 米管。 他们工作的创新性主要体现在以下几点：1)提出了一种实现单壁碳纳米管结构可控制备的方法：2)发展了一种新型的钨基合金 催化剂：3)提出了在温和条件下制备钨基合金纳米晶的新方法。 单原子层纳米金属材料研制成功 2014年02月18日08：28 来源：人民网-科技须道 园手机看新屈 原标题：单原子层纳米金属材料研制成功 人民网北京2月18日电（赵竹青）据科技部网站报道，近日，清华大学李亚栋院士团队在世界上首次成功制备出单原子层纳米铑 片，相关成果发表在国际权威学术期刊《自然一通讯》上。 自石墨烯发现以来，科学界对含离域大P键的单层材料的研究集中在具有层状结构相关材料体系方面。由于金属键无方向性而易 于形成三维的紧密堆积结构，迄今为止具有离域电子特性的单原子层的金属结构未见报道。清华大学李亚栋院士团队利用弱配体聚乙 烯吡咯烷酮(PVP)稳定的甲醛还原金属铑，成功制备出世界上第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，球差电镜和同步辐射研究均证实了 这一新颖的单原子层金属结构。理论研究发现，单原子层铑片中存在着一种新型的离域大化学键，有助于稳定其单层金属结构。该项 研究进展为进一步推动金属纳米与团簇、丰富发展重金属元素的化学成键理论研究具有重要意义，为探索金属原子单层结构与性能研 究提供了重要启示
态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。利用这种钨基合金纳米晶为催化剂，就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳 米管。 他们工作的创新性主要体现在以下几点：1）提出了一种实现单壁碳纳米管结构可控制备的方法；2）发展了一种新型的钨基合金 催化剂；3）提出了在温和条件下制备钨基合金纳米晶的新方法。 单原子层纳米金属材料研制成功 2014 年 02 月 18 日 08:28 来源：人民网-科技频道 手机看新闻 原标题：单原子层纳米金属材料研制成功 人民网北京 2 月 18 日电（赵竹青）据科技部网站报道，近日，清华大学李亚栋院士团队在世界上首次成功制备出单原子层纳米铑 片，相关成果发表在国际权威学术期刊《自然－通讯》上。 自石墨烯发现以来，科学界对含离域大 P 键的单层材料的研究集中在具有层状结构相关材料体系方面。由于金属键无方向性而易 于形成三维的紧密堆积结构，迄今为止具有离域电子特性的单原子层的金属结构未见报道。清华大学李亚栋院士团队利用弱配体聚乙 烯吡咯烷酮(PVP)稳定的甲醛还原金属铑，成功制备出世界上第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，球差电镜和同步辐射研究均证实了 这一新颖的单原子层金属结构。理论研究发现，单原子层铑片中存在着一种新型的离域大化学键，有助于稳定其单层金属结构。该项 研究进展为进一步推动金属纳米与团簇、丰富发展重金属元素的化学成键理论研究具有重要意义，为探索金属原子单层结构与性能研 究提供了重要启示
该项目由北京市科委支持。据了解，近年来北京市科委以原始创新突破和产业聚集为抓手，牵头启动了“北京纳米科技产业跃升 工程”，积极探索纳米科技成果批量转化模式，并联合怀柔区政府共建北京纳米科技产业园，取得丰硕成果。超顺排碳纳米管阵列、 纳米发电机、纳米压印、纳米绿色制版、碳基集成电路等40余项具有国际领先水平的院士创新技术在京落地：吸引并聚集了中科院外 籍院士王中林、美国工程院周郁院士、清华大学范守善院士等一批纳米领域国内外顶尖人才，初步建成纳米科技创新高地：北京纳米 科技产业园被认定为国家纳米科技产业化基地，已签约产业化项目30项：建成启迪纳米专业孵化器并与纳米园区开展战略合作，实现 纳米科技成果有序承接，通过“科技+成果+园区”模式，探索出一条行之有效的纳米科技成果批量转化“北京模式”。 华东理工在高强度碳纳米管纤维方面获重大进展 2014年06月30日09：31 来源：中国科学报 本报讯（记者黄辛）记者日前从华东理工大学获悉，该校机械与动力工程学院王健农课题组在碳纳米管纤维的连续制备和性能优化方面取得重大进展。 所制备的纤维不但强度高、韧性好，而且电学性能突出。相关成果发表于《自然一通讯》杂志。 据了解，自1991年被发现以来，碳纳米管一直被公认为所能制造出来的最强、最刚、最韧的分子。不过，要想更好地实现碳纳米管的优良性能和诸 多实际应用，必须将碳纳米管组装成宏观材料，例如纤维。如何连续制备碳纳米管纤维，并保持单根碳纳米管的优良性能，成为科学界和产业界追求的 目标。 王健农课题组创新性地利用浮动化学气相沉积法，连续制备出碳纳米管宏观筒状物，并在开放大气环境中将筒状物直接过水收缩成纤维，然后采用 机械辊压工艺提高纤维致密性，从而成功制备出高强度、高延伸率和高导电率的碳纳米管纤维材料。③
该项目由北京市科委支持。据了解，近年来北京市科委以原始创新突破和产业聚集为抓手，牵头启动了“北京纳米科技产业跃升 工程”，积极探索纳米科技成果批量转化模式，并联合怀柔区政府共建北京纳米科技产业园，取得丰硕成果。超顺排碳纳米管阵列、 纳米发电机、纳米压印、纳米绿色制版、碳基集成电路等 40 余项具有国际领先水平的院士创新技术在京落地；吸引并聚集了中科院外 籍院士王中林、美国工程院周郁院士、清华大学范守善院士等一批纳米领域国内外顶尖人才，初步建成纳米科技创新高地；北京纳米 科技产业园被认定为国家纳米科技产业化基地，已签约产业化项目 30 项；建成启迪纳米专业孵化器并与纳米园区开展战略合作，实现 纳米科技成果有序承接，通过“科技+成果+园区”模式，探索出一条行之有效的纳米科技成果批量转化“北京模式”。 华东理工在高强度碳纳米管纤维方面获重大进展 2014 年 06 月 30 日 09:31 来源：中国科学报 本报讯（记者黄辛）记者日前从华东理工大学获悉，该校机械与动力工程学院王健农课题组在碳纳米管纤维的连续制备和性能优化方面取得重大进展。 所制备的纤维不但强度高、韧性好，而且电学性能突出。相关成果发表于《自然—通讯》杂志。 据了解，自 1991 年被发现以来，碳纳米管一直被公认为所能制造出来的最强、最刚、最韧的分子。不过，要想更好地实现碳纳米管的优良性能和诸 多实际应用，必须将碳纳米管组装成宏观材料，例如纤维。如何连续制备碳纳米管纤维，并保持单根碳纳米管的优良性能，成为科学界和产业界追求的 目标。 王健农课题组创新性地利用浮动化学气相沉积法，连续制备出碳纳米管宏观筒状物，并在开放大气环境中将筒状物直接过水收缩成纤维，然后采用 机械辊压工艺提高纤维致密性，从而成功制备出高强度、高延伸率和高导电率的碳纳米管纤维材料
2014最新AM和Angew Chem超长二氧化钛纳米管：高倍率超长循环寿命储能材料 作者：nuaa008(站内联系TA)发布：2014-09-20 原文转载自： http://www.materialsviewschina.com/2014/09/chao-chang-er-vang-hua-tai-na-mi-guan-gao-bei-shuai-chao-chang-xun-huan-shou-ming-chu-neng-cai-liao/ 目前，市场上销售的锂离子电池主要以石墨作为负极和LC0O2作为正极，材料本身限制了其快速充放电的性能，尤其在便携式电子设备（如手机、电脑 灯)和电动汽车领域仍难以满足供电需求。突破传统锂电池的储电瓶颈并开发出超快倍率充放电和超长循环寿命的锂电池具有重大意义，这必将极大推 动新一代储能技术的发展。一般情况下锂电池完全充电耗时长达数小时，因此如果能够实现短时间内（如几分钟）快速完成充电，将会有非常大的市场 前景与应用空间。但一般的锂离子电池在快速充电时，电容量和循环寿命都会大幅下降。 我们都知道在实验室，溶液的搅拌是经常用到的步骤，它不仅可以使溶液中的反应物混合均匀，提高反应速率，同时还可以保持整个反应体系条件的统 一，如反应温度、浓度等。受此启发，新加坡南洋理工大学的Chen Xiaodong教授课题组在传统水热反应中加入机械力搅拌，成功合成长度达几十微米的 钛酸盐纳米管，这比通过传统水热法合成的纳米管长度增加大约100倍。研究人员发现，机械力搅拌提高了离子扩散速度和化学反应速率，促使纳米管 长度得以增加，而剪切应力造成了纳米管的弯曲。基于此超长可弯曲的纳米管结构并结合热处理化学转换，二氧化钛三维网络构架得以构建，并展示出 了优异的超快充放电性能。在超快充放电（每次<3分钟，电流密度为8.4AWg)的情况下，锂电池仍能保持较高的电量，可以循环充放电达10000次以上， 这等同于长达25年的产品寿命（假设一天充电一次）。此研究结果最近被发表在Advanced Materials期刊，并被选作封面文章。 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402000/abstract
2014 最新 AM 和 Angew Chem 超长二氧化钛纳米管：高倍率超长循环寿命储能材料 作者: nuaa008 (站内联系 TA) 发布: 2014-09-20 原文转载自： http://www.materialsviewschina.com/2014/09/chao-chang-er-yang-hua-tai-na-mi-guan-gao-bei-shuai-chao-chang-xun-huan-shou-ming-chu-neng-cai-liao/ 目前，市场上销售的锂离子电池主要以石墨作为负极和 LiCoO2 作为正极，材料本身限制了其快速充放电的性能，尤其在便携式电子设备（如手机、电脑 灯）和电动汽车领域仍难以满足供电需求。突破传统锂电池的储电瓶颈并开发出超快倍率充放电和超长循环寿命的锂电池具有重大意义，这必将极大推 动新一代储能技术的发展。一般情况下锂电池完全充电耗时长达数小时，因此如果能够实现短时间内（如几分钟）快速完成充电，将会有非常大的市场 前景与应用空间。但一般的锂离子电池在快速充电时，电容量和循环寿命都会大幅下降。 我们都知道在实验室，溶液的搅拌是经常用到的步骤，它不仅可以使溶液中的反应物混合均匀，提高反应速率，同时还可以保持整个反应体系条件的统 一，如反应温度、浓度等。受此启发，新加坡南洋理工大学的 Chen Xiaodong 教授课题组在传统水热反应中加入机械力搅拌，成功合成长度达几十微米的 钛酸盐纳米管，这比通过传统水热法合成的纳米管长度增加大约 100 倍。研究人员发现，机械力搅拌提高了离子扩散速度和化学反应速率，促使纳米管 长度得以增加，而剪切应力造成了纳米管的弯曲。基于此超长可弯曲的纳米管结构并结合热处理化学转换，二氧化钛三维网络构架得以构建，并展示出 了优异的超快充放电性能。在超快充放电（每次< 3 分钟，电流密度为 8.4 A/g）的情况下，锂电池仍能保持较高的电量，可以循环充放电达 10000 次以上， 这等同于长达 25 年的产品寿命（假设一天充电一次）。此研究结果最近被发表在 Advanced Materials 期刊，并被选作封面文章。 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201402000/abstract
DVANGED ATERIALS Adv Mater封面文章 最近，该课题组进一步利用搅拌水热方法还解决了一个目前困扰电池研究的普遍问题。传统锂离子电池广泛使用一些添加剂（如聚合物粘结剂、导 电剂)来提高电极性能和稳定性。但是，这对深入理解材料结构性能的关系容易造成偏差，因为添加剂本身对性能也会有影响，它不能真实地反应出材 料结构和性能的直接关系。该课题组通过构建无添加剂的电极体系，首次精确阐明了纳米管长径比与其电化学性能的直接关系。他们通过控制水热搅拌 法的搅拌速率，合成具有不同长径比的钛酸盐纳米管材料，这些材料呈凝胶状，具有高粘附性，能够紧紧粘附在电极上，在此基础上构建的电池系统， 能够直接反映出材料结构和性能的关系。 在对电池性能的测试中，他们首次发现可以通过改变纳米管长径比影响电池在快速充放电的性能。由于电子和离子在电极材料中传输通径的优化， 高长径比能够极大提高电池在快速充放电下的性能。例如，长径比为265的二氧化钛纳米管电极材料，在高速充放电6000次后（充电2分钟/次），仍能 保持其原有电容量的86%以上。假设一天充电一次，相当于约20年的产品寿命。这种电池不仅具有超级电容器般的高倍率而且具有传统锂电池的高电容 量，是一种非常理想的储电载体，目前该课题组正致力于超快速锂离子电池的商业化应用。此研究结果刚发表在Angew.Chem.Int.Ed.上
Adv Mater 封面文章 最近，该课题组进一步利用搅拌水热方法还解决了一个目前困扰电池研究的普遍问题。传统锂离子电池广泛使用一些添加剂（如聚合物粘结剂、导 电剂）来提高电极性能和稳定性。但是，这对深入理解材料结构-性能的关系容易造成偏差，因为添加剂本身对性能也会有影响，它不能真实地反应出材 料结构和性能的直接关系。该课题组通过构建无添加剂的电极体系，首次精确阐明了纳米管长径比与其电化学性能的直接关系。他们通过控制水热搅拌 法的搅拌速率，合成具有不同长径比的钛酸盐纳米管材料，这些材料呈凝胶状，具有高粘附性，能够紧紧粘附在电极上，在此基础上构建的电池系统， 能够直接反映出材料结构和性能的关系。 在对电池性能的测试中，他们首次发现可以通过改变纳米管长径比影响电池在快速充放电的性能。由于电子和离子在电极材料中传输通径的优化， 高长径比能够极大提高电池在快速充放电下的性能。例如，长径比为 265 的二氧化钛纳米管电极材料，在高速充放电 6000 次后（充电 2 分钟/次），仍能 保持其原有电容量的 86%以上。假设一天充电一次，相当于约 20 年的产品寿命。这种电池不仅具有超级电容器般的高倍率而且具有传统锂电池的高电容 量，是一种非常理想的储电载体，目前该课题组正致力于超快速锂离子电池的商业化应用。此研究结果刚发表在 Angew. Chem. Int. Ed.上