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北化徐斌教授：MXene助力新能源电池！: nanomicrolett 2019-10-12 15:58; Plate-to-LayerBi2MoO6/MXene-HeterostructuredAnode for Lithium-Ion Batteries Peng Zhang, Danjun Wang, Qizhen Zhu*, Ning Sun,Feng Fu*, Bin Xu* Nano-Micro Lett.(2019) 11: 81 https://doi.org/10.1007/s40820-019-0312-y 本文亮点 1 采用静电自组装在二维MXene纳米片层上负载钼酸铋，构筑出具有盘-片异质结构的Bi2MoO6/MXene复合负极材料； 2 MXene作为基底材料，可显著改善Bi2MoO6的导电性并有效缓冲其充放电过程中的体积膨胀； 3 Bi2MoO6/MXene异质结构表现出高的比容量、超长的循环稳定性和优异的倍率性能。内容简介北京化工大学徐斌教授、朱奇珍副教授课题组与延安大学付峰教授课题组合作，在前期工作的基础上，通过在高导电性的二维MXene纳米片上负载双金属氧化物Bi2MoO6构筑了Bi2MoO6/MXene异质结构，显著改善了Bi2MoO6作为锂离子电池负极材料的电化学性能。本论文的第一作者为博士研究生张鹏。采用静电自组装的方法将水热法制备的表面带正电荷的纳米盘状钼酸铋组装在表面带负电荷的二维MXene纳米片上。这一独特的异质结构可以有效避免Bi2MoO6的团聚，同时，具有类金属导电性的MXene的加入不仅可以显著提高电极的导电性，还可有效缓冲Bi2MoO6在嵌锂过程中的体积膨胀。因此，Bi2MoO6/MXene异质结构表现出了较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。研究背景锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、环境友好等优势，在便携式电子设备、电动汽车、规模储能等领域得到广泛的应用。然而，目前商业化的石墨负极材料容量较低，限制了锂离子电池能量密度的进一步提高。因此，开发高容量的负极材料成为当前研究的热点。钼酸铋是一种层状结构的双金属氧化物，被广泛应用作光催化材料。新近有研究表明，钼酸铋具有高的嵌锂理论比容量（790 mAh/g）和较低的嵌锂电位（＜1 V），是一种很有前景的锂离子电池的负极材料。然而，由于导电性欠佳、充放电过程中体积膨胀较大，其循环和倍率性能有待进一步改善。图文导读 ▍ Bi2MoO6/MXene异质结构的制备过程示意图采用LiF+HCl刻蚀Ti3AlC2制备出表面带负电的二维MXene纳米片，采用水热法合成了表面带正电荷的纳米盘状Bi2MoO6。将两溶液混合，纳米盘状Bi2MoO6和MXene纳米片静电自组装得到Bi2MoO6/MXene异质结构。图1Bi2MoO6/MXene异质结构的制备过程示意图。 ▍ Bi2MoO6/MXene异质结构的形貌表征从SEM图可以看出，Bi2MoO6呈不规则“盘状”结构。经静电自组装后，Bi2MoO6均匀分散在MXene片层上。图2 (a) MXene的SEM图;(b) Bi2MoO6的SEM图;(c,d) Bi2MoO6/MXene-50%; (e,f) Bi2MoO6/MXene-30%; (g,h) Bi2MoO6/MXene-10%的SEM图。 ▍ Bi2MoO6/MXene异质结构的电化学性能相比于纯Bi2MoO6材料，Bi2MoO6/MXene异质结构表现出较高的比容量、优异的循环稳定性和倍率性能。Bi2MoO6/MXene-30%在0.1 A/g电流下经200次循环后比容量为在692 mAh/g,而在1 A/g的大电流下循环1000次后比容量还依旧保持有545.1 mAh/ g，表明Bi2MoO6/MXene-30%在循环过程中具有优异的结构稳定性。图4Bi2MoO6/MXene-30%(a)在0.1 mV/s下的CV图;(b)充放电曲线;(c) Bi2MoO6/MXene-50%, Bi2MoO6/MXene-30%, Bi2MoO6/MXene-10%, Bi2MoO6的循环性能;(d) Bi2MoO6/MXene-30%在不同电流密度下充放电曲线;(e) Bi2MoO6/MXene-50%, Bi2MoO6/MXene-30%, Bi2MoO6/MXene-10%, Bi2MoO6的倍率性能;(f) Bi2MoO6/MXene-30%在1 A/g下的长循环性能。 ▍ Bi2MoO6/MXene异质结构的动力学机理 MXene的加入使得Bi2MoO6/MXene异质结构的锂离子扩散系数显著高于纯Bi2MoO6。同时，通过在不同扫速下的CV分析，Bi2MoO6/MXene异质结构的储锂容量包含了较高比例的电容贡献，因而具有优异的倍率性能和循环稳定性。图2Bi2MoO6/MXene-30%的动力学分析:(a) GITT曲线;(b)锂离子扩散系数;(c)在不同扫速下的CV曲线;(d) log i和log v关系曲线;(e) 1 mV/s扫速下CV曲线中的电容贡献; (f) 在不同扫速下的电容贡献比例图。作者简徐斌 (本文通讯作者) 北京化工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师 ▍ 主要研究领域主要从事先进化学电源与能源材料的研究与开发，包括超级电容器、锂/钠/钾离子电池、锂-硫电池电极材料与器件，以及电化学储能用炭材料和新型二维MXene材料等。 ▍ 主要研究成果材料电化学过程与技术北京市重点实验室副主任，中国超级电容产业联盟副秘书长在Adv Mater, Adv Energy Mater, Adv Funct Mater, Energy Environ Sci, ACS Energy Lett, Nano Energy等期刊发表SCI论文100余篇，SCI引用4900次以上，H因子38。获省部级科技进步二等奖2项和全国优秀博士学位论文提名。 Email: xubin@mail.buct.edu.cn; bi nxumail@163.com 朱奇珍 (本文通讯作者) 北京化工大学青年优秀后备人才材料科学与工程学院见习副教授 ▍ 主要研究领域从事新能源材料的研究与开发，包括锂硫电池新型电极材料及电解质体系、锂二次电池用功能性电解液和锂/钠离子电池新型电极材料研究等。 ▍ 主要研究成果在Nano Energy, Chemical Science, Journal of Materials Chemistry A等本学科国际重要SCI期刊发表论文36篇。 Email: zhuqz@mail.buct.edu.cn 付峰 (本文通讯作者) 延安大学化学与化工学院教授、博士生导师 ▍ 主要研究领域主要从事能源催化材料的研究与开发、资源高效清洁利用工艺技术开发等。 ▍ 主要研究成果陕西省“三秦人才”计划入选者、陕西省“化学工程与技术”重点学科带头人、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会委员、延能-延大综合能源产业技术研究院院长。先后在Appl. Catal. B: Environ., J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., J. Catal., J. Mater. Chem. C, Ind. Eng. Chem.Res., Chem. Eur. J.等期刊发表研究论文80余篇；授权国家发明专利9项；获省级科学技术奖二等奖1项、三等奖2项。 Email: yadxfufeng@126.com 撰稿：原文作者编辑：《纳微快报》编辑部 MXene其他领域应用 ·往期回顾 👇 电磁屏蔽纸！超薄“三明治+梯度”结构的CNT/MXene/纳米纤维素复合材料 NML研究文章｜界面作用“显身手”：NiSe2/Ti3C2Tx(MXene)助力超电及电催化分解水！关于我们 Nano-Micro Letters是上海交通大学主办的英文学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的最新高水平科研成果与评论文章及快讯，在Springer开放获取（open-access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。 E-mail： editorial_office@nmletters.org Tel： 86-21-34207624; 6400 次阅读|0 个评论

电子的T物质密度(太子密度)决定固体的导电性: tyctyc 2017-12-6 10:45; 1981年G.Binning等发明STM扫描隧道显微镜，现在许多实验室都能测到单个原子，主流观点认为是隧道效应，隧道电流i： i=e -ks (1) s是探针与样品间距离，从公式(1)得出s由2r变小到r时，电流i增大2.73倍。实验中当距离变小0.1nm时，电流增大一个数量级，多个实验都是这样，公式(1)不准确。在前博文中讲了电子附近的T物质密度(太子密度)是 Δ ρ ： Δ ρ=k/r 3 (2) 导电需要在两个电子间形成通道，导电性与T物质密度(太子密度)成正比，电流i， i=k( Δ ρ) 2 =k/r 6 (3) 当r从0.15nm减小到0.1nm，从公式(3)能算出电流i将增大11倍，与实验结果相近。用公式(1)算出电流将增大1.64倍，与实验不符。从STM测到的Co、Fe原子图能证明这点， http://zh.wikipedia.org/wiki/扫描隧道显微镜用STM测到Si(111)原子间距0.8-1.6nm，平均1.2nm，外层电子间距平均0.9nm。金属中Ag原子的外层电子间距大约0.02nm(从Ag原子半径与共价半径之差乘2估计)。金属Ag的电阻率为1.63B，B是单位。从公式(3)能算出半导体Si的电阻率是1.63B(0.9/0.02) 6 =1.35B*10 10 ，与实验结果相近,（同条件下电阻率与i 成反比).; 个人分类: 太子弦：电子|591 次阅读|0 个评论

物体的导热性与热容: 热度 14 fs007 2012-6-27 11:51; 寻正留美学者麻庭光解读“蓝田日暖玉生烟”，认为那是羽流造成的。我在此前分析了李商隐诗中所描述的景象可能来自玉石本身。麻文被发表于《力学与实践》这个学术杂志，在网上广为传播，我之所以质疑该文，是因为其中的科学硬伤，入眼便知。中国读者喜欢科普，却缺乏科学辨别能力，大概是该文流行的基础。我进一步辨析该文谬误，借之警醒读者，“学而不思则罔”，学术杂志的编委与审稿人，亦当以之为鉴。我们来看一下该文针对热与温度的讨论：为什么只有玉上才会生烟？这是由于其热物性所决定的玉是石头的一种，比较坚硬致密的一种。按照物性的基础理论（热学中的分子运动论），密度大，导电性强，导热性也强，蓄热能力低（相对于水的比热小，而水分是调节土壤蓄热能力的重要因素）。后两者是玉石温度较高的主要原因。导热性能好的导体，受热以后，整体温度增加迅速。而导热性能差的物体，只有表面受热，热量向下传递很不顺，而且蓄热能力大，所以温升很慢。同等情况下，导热能力强、蓄热小的介质温升大，而导热能力差、蓄热能力大的介质温升小。这样两种介质都存在的时候，就会有温度差。温差导致密度差，在重力场中的密度差就会产生压差，形成的热致流动，就是羽流。按照作者的说法，密度大就导电性强，导热能力也强，导热能力强，也就蓄热能力低。这违背了常识，因为大家知道石头不导电，而相反，作者用作对比的比热大，蓄热能力高的水，反而导电性更高。导电性、导热性、以及密度从整个材料学上看，没有关系，金刚石硬度最大，具有良好的导热性，但不导电。铝的质量密度跟石头差不多，但导电性导热性都远非石头可比，石头（包括混凝土、砖等）的导热性其实跟干土差不多，各种石头的导热性也没大的区别，差不多一个档次。导热性强，所以蓄热能力低是无稽之谈，这要从两个角度说。蓄热能力在物理学上用热容（Thermal Capacity）来描述，是一个非常复杂的现象，起码可以用体积热容、摩尔热容、质量热容三个指标来衡量，其结果有极大差别，针对热容在高温下有杜龙*伯蒂定律，低温下有德拜模型来描述。黄金密度6倍于铝，导热性稍强，而热容则几乎相同，尽管它们导热性数百倍于石头，而热容又相差不大。如果非要说有什么规律的话，比体积热容上说，导热性强的，蓄热能力也越大，与麻文所说相反。从逻辑推导上说，导热性强的，就易于把热能传递到深层物质，导致更多的物质来分享热能，其结果是接受同样的热能，导热性强的表面层升温显著要慢，从而导致了其表面的相对蓄热能力剧增。这一点很好验证，花岗石大理石导热就比一般石头、砖头、及混凝土更强，大家摸二者会觉得更凉快，其基本原理就在这里。从后一个角度来看，麻庭光随后的推理就基本上是自相矛盾。导热性强弱，如前述，是摸得出来的，比如绵布跟的确凉相比，大家一抓就知道的确凉这布真是的确凉，导热性好得多。导热性差的物质，我们一摸，手上的热量进入该物质，但它传导慢，所以表层热起来后我们手上损失的热量就少，所以升温快，而导热性强的物质，接触面上的热量都传播到整块物体上去了，所以升温慢，导致人手持续损失热量，故而产生凉幽幽的感觉。如果真如麻庭光所言，玉石跟周围岩石或者泥土比较导热性更好，那么玉石的表面温度就会更低，从而把接触面的空气烤热产生羽流完全不靠谱。麻文的思路犹如厨房学徒炸麻花，根本就没拧清楚，原文谈及“两种介质”表面温度对比，而另一种介质究竟指什么是不明确的。麻文后来提到铁路进行类比，那么铁路两旁不是沙土，就是植被。沙土已如前述，跟石头相比，还真难确定哪一个升温更高。而植被则加入了一个重要的因素，那就是水。水对物质的热容影响极大，其原因有二。第一，水由于含有氢键，它可以在化学键中储荐热量，导致了水热容大增，相应地，含水量就会影响物质的热容；第二，水可以汽化，在这个过程中会吸收大量的热量，从而导致含水物质升温慢。由于水的影响，植被的温度在烈日下会显著低于裸露的岩石或泥土。即使是玉石旁边碰巧就是植被，麻庭光描述的羽流也是不存在的，按原文说法，温差导致密度差，密度差又导致压差，所以玉石上的空气向旁边植被上流，同时向两边或者四周流，流走之后的空间怎么办？难道空气自上而下填补？推导全谬，结论当然就希奇古怪。麻文中的羽流是针对羽流现象彻头彻尾的误解，且听下回分解。; 个人分类: 对话麻庭光|19821 次阅读|23 个评论

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