多组分锆基金属有机骨架研究进展
何斌, 张浩, 徐琳, 刘阳河, 郎飞帆, 庞建东
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240161
锆基金属有机骨架(Zr-MOFs)具有丰富的结构类型、出色的热稳定性和化学稳定性以及多样化的功能,被认为是最具应用前景的新型晶态多孔骨架材料之一。通过一锅法及合成后修饰法等多种方法可将具有特定功能化官能团的有机配体引入Zr-MOFs体系,进而实现多组分锆基金属有机骨架(MC-Zr-MOFs)的构筑及对Zr-MOFs孔道环境的有效调控。MC-Zr-MOFs被广泛应用于气体吸附与分离、溶液相客体分子/离子吸附、多相催化、化学传感及光学材料等领域,展现出优异的性能。本文详细梳理了MC-Zr-MOFs的合成策略和应用研究的近期进展,并对其未来发展前景进行了展望。
关键词: 锆基金属有机骨架, 结构设计, 多组分组装, 孔道环境调控, 结构-性能关系
Efficient regeneration of waste LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode toward high-performance Li-ion battery
Hengyi ZHU, Liyun JU, Haoyue ZHANG, Jiaxin DU, Yutong XIE, Li SONG, Yachao JIN, Mingdao ZHANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240358
An efficient interlocking process was developed, including acid leaching, co-precipitation, and heat treatment, to regenerate waste LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523) materials. DL-tartaric acid and formic acid were used as leaching systems, and the leaching efficiencies of Li, Ni, Co, and Mn reached about 98%. The leaching solution was added to the oxalic acid solution for a co-precipitation reaction, and then the regeneration of the material was realized through heat treatment. The regenerated NCM523 material exhibited an excellent layered structure and uniform elemental distribution. When employed as a cathode material for LIBs, the regenerated NCM523 exhibited a discharge-specific capacity of 168.5 mAh·g-1 at 0.1C (18 mA·g-1), which is comparable to the performance of fresh NCM523. Furthermore, the regenerated NCM523 demonstrated a capacity retention of 93.09% after 100 cycles at 0.5C.
关键词: Li-ion battery, regeneration, leaching, co-precipitation, heat treatment
同轴静电纺丝构筑微/纳米结构隔膜与电极材料用于锂离子电池:从原理到应用
李琪, 黎平安, 刘泽通, 张佳辉, 张浩, 余维来, 胡先罗
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202311030
锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、优异的倍率性能和热稳定性而备受青睐,成为从便携式电子产品到电动汽车等实际应用中的最佳电源。在这种背景下,同轴静电纺丝技术因可制造适用于锂离子电池的独特纳米纤维材料而备受关注。尤其纤维材料具有高比表面积、高孔隙率、较大的长径比和易表面改性的优点,近年来在锂离子电池领域被广泛研究。这篇综述全面总结了同轴静电纺丝的基本原理与该技术在正极、负极和隔膜等锂离子电池关键材料中的实际应用和最新进展,并讨论了同轴静电纺纤维材料的纳米/微米结构决定其电化学性能的规律。此外,该综述还分析了同轴静电纺丝未来的发展方向,强调了未来拓展同轴静电纺丝技术在锂离子电池领域的应用所面临的挑战。
关键词: 锂离子电池, 同轴静电纺丝, 微/纳结构材料, 核-壳结构, 电化学性能
人工智能在科学研究中的融合创新应用——以双碳目标背景下的二氧化碳电催化还原为例
张浩然, 金亚鑫, 康鹏, 张生
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202412099
在全球人工智能技术飞速发展的大背景下,高校应如何应对时代命题,将传统科学研究与人工智能结合起来,快速拓展工科研究生的视野,激发其创新思维,提高创新产出效率,为国家和社会培育出复合型人才,是目前高校教育所面临的重大挑战。鉴于此,本文以双碳目标背景下的二氧化碳电催化还原为例,阐述科学研究融合人工智能提高科研产出和准确性的重要性,总结了人工智能(AI)计算帮助筛选和预测高性能催化剂,帮助研究者深入理解复杂反应机理,优化电解液和设计实验方案等应用,促进了多学科交叉融合,为高校工科研究生实验入门提供参考。
关键词: 人工智能, 二氧化碳电催化还原, 碳中和, 催化剂筛选, 电解液优化, 反应机理研究, 实验方案设计
对硫代硫酸分解产物单质硫沉淀过程的探究——意外的“失败”?
胡浩哲, 张浩宇, 芦昌盛
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202412034
在“硫代硫酸钠标准液的配制和标定”实验的操作过程中,大一新生因使用了未经稀释的硫代硫酸钠溶液意外在滴定环节产生大量淡黄色沉淀;学生们经过自主探究,重现了实验现象,调控体系pH ≈ 5时制备出较为稳定的硫胶体体系。通过课外文献调研、估算和分析,学生们推断沉淀成分并推测了硫单质的均相成核沉淀过程,提出可以使用硫胶体替代传统Fe(OH)3胶体用于实验教学与课堂演示。
关键词: 硫代硫酸钠, 单质硫沉淀, 硫胶体
MOF-based materials for fast charging batteries: Mechanistic insights, application advances, and future perspectives
Xiaoyu CHEN, Fei DOU, Juan AN, Mingyuan PANG, Min YANG, Haohao ZHANG, Laixin HONG, Zhen KONG, Kongming HU, Yaqing HU, Huan PANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250383
In the context of the global energy transition, lithium-ion batteries have emerged as the predominant energy storage technology. However, their fast-charging capabilities continue to be limited by challenges such as lithium dendrite formation, electrode volume expansion, and interfacial instability. Metal-organic frameworks (MOFs) offer promising opportunities to improve battery performance owing to their high specific surface area, tunable pore architectures, and abundant redox-active sites. Their ordered porous structure not only promotes efficient ion transport and electrolyte penetration but also enables the incorporation of numerous active sites through precise structural design. This review systematically outlines recent progress in the use of MOFs and their derivatives for fast-charging lithium-ion batteries, with a focus on their applications in electrode materials and critical battery components, as well as the associated enhancement mechanisms. It aims to provide guidance for the design and development of high-performance MOF-based materials for fast-charging batteries.
关键词: metal-organic frameworks, lithium-ion batteries, fast-charging, electrode materials
碳纳米管桥接垂直氧化锌阵列的致密导电网络增强碳纤维/聚合物复合材料的电磁干扰屏蔽、力学及热学性能
黄心萌, 张浩然, 刘梦欣, 缪莹, 余珍稀, 吴奇, 潘蕾
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2026.100293
为满足先进电子器件对电磁干扰屏蔽与高效热管理集成化日益增长的需求,本研究通过仿生层级界面设计,开发了一种多功能碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)。采用多级界面工程策略:首先,通过聚多巴胺活化改善界面粘附;其次,原位生长垂直排列的氧化锌纳米棒阵列,提供机械互锁、介电损耗及径向热传导路径;最后,通过片状碳纳米管网络桥接相邻纤维,形成致密、连续的导电框架。这种有机-无机“线-面”耦合结构实现了显著的多功能增强效果:复合材料在X波段的电磁干扰屏蔽效能达到30.8 dB,面外导热系数达0.71 W m−1 K−1,力学性能亦有显著提升——层间剪切强度与弯曲强度分别提高了57.4%和84.3%。此外,复合材料还展现出高效焦耳热效应与光热响应特性。本工作提出了一种可扩展的多级界面策略,实现了结构、热学与电磁功能的协同集成,为电磁干扰敏感领域中下一代结构材料的设计提供了可行的技术路径。
关键词: 碳纤维, ZnO纳米棒, 导热性能, 机械性能, 电磁干扰屏蔽
Bi2S3@Sn0.904O2中硫空位与锡空位的协同构筑及其作为长寿命锂离子电池负极材料
庞明远, 苏一苹, 张浩浩, 洪来欣, 王越, 马瑜婕, 杨敏, 郭梦格, 王子麦, 孔震, 叶佳佳, 安娟, 吴广磊
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2026.100368
锡基电极材料因其较高的理论比容量,已成为高能量密度电池体系中极具应用前景的负极候选材料之一。然而,其在循环过程中巨大的体积膨胀与容量快速衰减问题,严重阻碍了商业化应用进程。为解决这一关键难题,本文巧妙结合铋基材料高稳定性与锡基材料高比容量的优势,设计并制备了一维纳米棒结构的氧化锡包覆硫化铋(Bi2S3@Sn0.904O2)纳米复合材料。通过工艺调控,在材料中合理引入阳离子锡空位与阴离子硫空位,两类空位与异质结结构产生协同效应,共同提升电极的储锂性能。将所制备的Bi2S3@Sn0.904O2用作锂离子电池负极时,在电流密度500 mA g−1下循环150圈可逆比容量达737.3 mA g−1;在2 A g−1大电流下循环1500圈后,仍可保持656.8 mAh g−1的比容量。更为重要的是,本文借助密度泛函理论(DFT)计算,系统阐明了其内在储能作用机理。该独特的结构设计策略,为构筑高性能锡基电极材料及其他金属基负极材料提供了重要的理论与实验指导。
关键词: Bi2S3@Sn0.904O2, 锡空位, 硫空位, 异质结结构, 锂离子电池

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