Highly Dispersed Cobalt Nanoparticles Embedded in Nitrogen-Doped Graphitized Carbon for Fast and Durable Potassium StorageNano-Micro Letters - Tập 13 - Trang 1-12 - 2020
Xiaodong Shi, Zhenming Xu, Cheng Han, Runze Shi, Xianwen Wu, Bingan Lu, Jiang Zhou, Shuquan Liang
Potassium-ion batteries (KIBs) have great potential for applications in large-scale energy storage devices. However, the larger radius of K+ leads to sluggish kinetics and inferior cycling performance, severely restricting its practical applicability. Herein, we propose a rational strategy involving a Prussian blue analogue-derived graphitized carbon anode with fast and durable potassium storage capability, which is constructed by encapsulating cobalt nanoparticles in nitrogen-doped graphitized carbon (Co-NC). Both experimental and theoretical results show that N-doping effectively promotes the uniform dispersion of cobalt nanoparticles in the carbon matrix through Co–N bonds. Moreover, the cobalt nanoparticles and strong Co–N bonds synergistically form a three-dimensional conductive network, increase the number of adsorption sites, and reduce the diffusion energy barrier, thereby facilitating the adsorption and the diffusion kinetics. These multiple effects lead to enhanced reversible capacities of 305 and 208.6 mAh g−1 after 100 and 300 cycles at 0.05 and 0.1 A g−1, respectively, demonstrating the applicability of the Co-NC anode for KIBs.
Recent Progress in the Fabrication, Properties, and Devices of Heterostructures Based on 2D MaterialsNano-Micro Letters - Tập 11 - Trang 1-24 - 2019
Yanping Liu, Siyu Zhang, Jun He, Zhiming M. Wang, Zongwen Liu
With a large number of researches being conducted on two-dimensional (2D) materials, their unique properties in optics, electrics, mechanics, and magnetics have attracted increasing attention. Accordingly, the idea of combining distinct functional 2D materials into heterostructures naturally emerged that provides unprecedented platforms for exploring new physics that are not accessible in a single 2D material or 3D heterostructures. Along with the rapid development of controllable, scalable, and programmed synthesis techniques of high-quality 2D heterostructures, various heterostructure devices with extraordinary performance have been designed and fabricated, including tunneling transistors, photodetectors, and spintronic devices. In this review, we present a summary of the latest progresses in fabrications, properties, and applications of different types of 2D heterostructures, followed by the discussions on present challenges and perspectives of further investigations.
Exact Geometric Relationships, Symmetry Breaking and Structural Stability for Single-Walled Carbon NanotubesNano-Micro Letters - Tập 3 - Trang 228-235 - 2011
Tong Zhang, Ze Shuai Yuan, Li Hao Tan
We pioneered a study about how the geometric relationship of single-walled carbon nanotubes (SWCNT) is influenced by curvature factor and non-planar geometry factor in cylindrical coordinate system based on the assumption of complete symmetry. The bond length and angle of every carbon-carbon bonds are determined by using the principle of the minimum energy. The results of the paper include:(1) From the calculation result, the symmetry breaking appears for chiral carbon nanotubes, while the part symmetry appears for achiral carbon nanotubes with increasing curvature. (2) The synergistic effect of bond lengths and bond angles is first found. (3) We conclude that the influence of non-planar geometry factor can be completely ignored on bond lengths and bond angles when the curvature parameter has been included in the model. (4) The two fractal dimensions are given from the nanoscale to the macroscale for zigzag topology and armchair topology respectively. Fractal dimensions of SWCNT show special characteristics, varying with the length of SWCNT until the lengths approach infinity. The close and inevitable correlations among curvature, symmetry breaking and stability of SWCNTs can be summed up as: the increase of curvature causes symmetry breaking, and such symmetry breaking will further reduce the structural stability.
Room-Temperature Assembled MXene-Based Aerogels for High Mass-Loading Sodium-Ion StorageNano-Micro Letters - - 2022
Fei Song, Jian Hu, Guohao Li, Jie Wang, Shuijiao Chen, Xiuqiang Xie, Zhenjun Wu, Nan Zhang
AbstractLow-temperature assembly of MXene nanosheets into three-dimensional (3D) robust aerogels addresses the crucial stability concern of the nano-building blocks during the fabrication process, which is of key importance for transforming the fascinating properties at the nanoscale into the macroscopic scale for practical applications. Herein, suitable cross-linking agents (amino-propyltriethoxysilane, Mn2+, Fe2+, Zn2+, and Co2+) as interfacial mediators to engineer the interlayer interactions are reported to realize the graphene oxide (GO)-assisted assembly of Ti3C2Tx MXene aerogel at room temperature. This elaborate aerogel construction not only suppresses the oxidation degradation of Ti3C2Tx but also generates porous aerogels with a high Ti3C2Tx content (87 wt%) and robustness, thereby guaranteeing the functional accessibility of Ti3C2Tx nanosheets and operational reliability as integrated functional materials. In combination with a further sulfur modification, the Ti3C2Tx aerogel electrode shows promising electrochemical performances as the freestanding anode for sodium-ion storage. Even at an ultrahigh loading mass of 12.3 mg cm−2, a pronounced areal capacity of 1.26 mAh cm−2 at a current density of 0.1 A g−1 has been achieved, which is of practical significance. This work conceptually suggests a new way to exert the utmost surface functionalities of MXenes in 3D monolithic form and can be an inspiring scaffold to promote the application of MXenes in different areas.
Quantum Dots Compete at the Acme of MXene Family for the Optimal CatalysisNano-Micro Letters - Tập 14 - Trang 1-47 - 2022
Yuhua Liu, Wei Zhang, Weitao Zheng
It is well known that two-dimensional (2D) MXene-derived quantum dots (MQDs) inherit the excellent physicochemical properties of the parental MXenes, as a Chinese proverb says, “Indigo blue is extracted from the indigo plant, but is bluer than the plant it comes from.” Therefore, 0D QDs harvest larger surface-to-volume ratio, outstanding optical properties, and vigorous quantum confinement effect. Currently, MQDs trigger enormous research enthusiasm as an emerging star of functional materials applied to physics, chemistry, biology, energy conversion, and storage. Since the surface properties of small-sized MQDs include the type of surface functional groups, the functionalized surface directly determines their performance. As the Nobel Laureate Wolfgang Pauli says, “God made the bulk, but the surface was invented by the devil,” and it is just on the basis of the abundant surface functional groups, there is lots of space to be thereof excavated from MQDs. We are witnessing such excellence and even more promising to be expected. Nowadays, MQDs have been widely applied to catalysis, whereas the related reviews are rarely reported. Herein, we provide a state-of-the-art overview of MQDs in catalysis over the past five years, ranging from the origin and development of MQDs, synthetic routes of MQDs, and functionalized MQDs to advanced characterization techniques. To explore the diversity of catalytic application and perspectives of MQDs, our review will stimulate more efforts toward the synthesis of optimal MQDs and thereof designing high-performance MQDs-based catalysts.
One-dimensional GaN nanomaterials transformed from one-dimensional Ga2O3 and Ga nanomaterialsNano-Micro Letters - Tập 1 - Trang 4-8 - 2009
X. Y. Han, Y. H. Gao, X. H. Zhang
One-dimensional (1D) GaN nanomaterials exhibiting various morphologies and atomic structures were prepared via ammoniation of either Ga2O3 nanoribbons, Ga2O3 nanorods or Ga nanowires filled into carbon nanotubes (CNTs). The 1D GaN nanomaterials transformed from Ga2O3 nanoribbons consisted of numerous GaN nanoplatelets having the close-packed plane, i.e. (0002)2H or (111)3C parallel to the axes of starting nanoribbons. The 1D GaN nanomaterials converted from Ga2O3 nanorods were polycrystalline rods covered with GaN nanoparticles along the axes. The 1D GaN nanomaterials prepared from Ga nanowires filled into CNTs displayed two dominant morphologies: (i) single crystalline GaN nanocolumns coated by CNTs, and (ii) pure single crystalline GaN nanowires. The cross-sectional shape of GaN nanowires were analyzed through the transmission electron microscopy (TEM) images. Formation mechanism of all-mentioned 1D GaN nanomaterials is then thoroughly discussed.
Tổng Quan về Vật Liệu Hấp Thụ Vi Sóng Mới Dựa Trên Carbon Xốp Từ Khung Hữu Cơ - Kim Loại Dịch bởi AI Nano-Micro Letters - Tập 13 Số 1 - 2021
Zhiwei Zhang, Zewei Cai, Ziyuan Wang, Yaling Peng, Lun Xia, Suping Ma, Zhanzhao Yin, Yi Huang
Tóm tắtViệc phát triển các vật liệu hấp thụ vi sóng (MAMs) là một chủ đề rất quan trọng vì không gian sống của chúng ta ngập tràn sóng điện từ, đe dọa sức khỏe của con người. Bên cạnh đó, MAMs còn được sử dụng trong công nghệ tàng hình radar để bảo vệ vũ khí khỏi bị phát hiện. Nhiều vật liệu nano đã được nghiên cứu như là MAMs, nhưng không phải tất cả đều cho hiệu suất thỏa đáng. Gần đây, các khung hữu cơ - kim loại (MOFs) đã thu hút sự chú ý đáng kể nhờ vào cấu trúc hóa học có thể điều chỉnh, tính chất đa dạng, diện tích bề mặt riêng lớn và phân bố lỗ đồng nhất. MOF có thể chuyển đổi thành carbon xốp (PC) được trang bị các loài kim loại ở nhiệt độ pyrolisis thích hợp. Tuy nhiên, cơ chế mất mát của PC thu được từ MOF nguyên chất thường tương đối đơn giản. Để cải thiện hơn nữa hiệu suất hấp thụ vi sóng, việc kết hợp các MOFs với các vật liệu mất mát khác là một phương pháp được nghiên cứu rộng rãi. Trong bài đánh giá này, chúng tôi tổng hợp các lý thuyết về hấp thụ vi sóng, tiến trình của các MAMs dựa trên PC thu được từ các MOF khác nhau, cấu trúc hóa học có thể điều chỉnh kết hợp với các vật liệu mất mát điện môi hoặc từ tính. Hiệu suất và cơ chế hấp thụ vi sóng khác nhau được thảo luận chi tiết. Cuối cùng, những điểm yếu, thách thức và triển vọng của MAMs dựa trên PC thu được từ MOF cũng được trình bày. Chúng tôi hy vọng bài đánh giá này có thể cung cấp cái nhìn mới để thiết kế và chế tạo MAMs dựa trên PC thu được từ MOF với hiểu biết cơ bản tốt hơn và ứng dụng thực tiễn.
Tiến Bộ Chính Trong Công Nghệ Pin Mặt Trời Perovskite Năm 2020–2021 Dịch bởi AI Nano-Micro Letters - - 2021
Tianhao Wu, Zhenzhen Qin, Yanbo Wang, Yongzhen Wu, Wei Chen, Shufang Zhang, Molang Cai, Songyuan Dai, Jing Zhang, Jian Liu, Zhongmin Zhou, Xiao Liu, Hiroshi Segawa, Hairen Tan, Qunwei Tang, Junfeng Fang, Yaowen Li, Liming Ding, Zhijun Ning, Yabing Qi, Yiqiang Zhang, Liyuan Han
Các tế bào quang điện perovskite (PSCs) nổi lên như một công nghệ quang điện đầy hứa hẹn với hiệu suất cao và chi phí sản xuất thấp, đã thu hút sự chú ý từ khắp nơi trên thế giới. Cả hiệu suất và độ ổn định của PSCs đã tăng trưởng đều đặn trong những năm gần đây, và nghiên cứu về việc giảm thiểu rò rỉ chì và phát triển perovskite không chứa chì thân thiện với môi trường đang thúc đẩy quá trình thương mại hóa PSCs từng bước. Bài tổng quan này tóm tắt những tiến bộ chính của PSCs vào năm 2020 và 2021 từ các khía cạnh về hiệu suất, độ ổn định, thiết bị ghép nối dựa trên perovskite, và PSCs không chứa chì. Hơn nữa, một cuộc thảo luận ngắn về sự phát triển của mô-đun PSC và các thách thức đối với ứng dụng thực tiễn cũng được cung cấp.
#Pin mặt trời perovskite #hiệu suất #độ ổn định #thiết bị ghép nối #mô-đun pin mặt trời
Interface Reversible Electric Field Regulated by Amphoteric Charged Protein-Based Coating Toward High-Rate and Robust Zn AnodeNano-Micro Letters - Tập 14 - Trang 1-14 - 2022
Geyu Lu, Meihua Zhu, Houhou Huang, Yunfei Xie, Danming Chao, Fu-Quan Bai, Xing-You Lang, Qing Ran, Xiaoteng Jia, Mengxiao Zhong
Metallic interface engineering is a promising strategy to stabilize Zn anode via promoting Zn2+ uniform deposition. However, strong interactions between the coating and Zn2+ and sluggish transport of Zn2+ lead to high anodic polarization. Here, we present a bio-inspired silk fibroin (SF) coating with amphoteric charges to construct an interface reversible electric field, which manipulates the transfer kinetics of Zn2+ and reduces anodic polarization. The alternating positively and negatively charged surface as a build-in driving force can expedite and homogenize Zn2+ flux via the interplay between the charged coating and adsorbed ions, endowing the Zn-SF anode with low polarization voltage and stable plating/stripping. Experimental analyses with theoretical calculations suggest that SF can facilitate the desolvation of [Zn(H2O)6]2+ and provide nucleation sites for uniform deposition. Consequently, the Zn-SF anode delivers a high-rate performance with low voltage polarization (83 mV at 20 mA cm−2) and excellent stability (1500 h at 1 mA cm−2; 500 h at 10 mA cm−2), realizing exceptional cumulative capacity of 2.5 Ah cm−2. The full cell coupled with ZnxV2O5·nH2O (ZnVO) cathode achieves specific energy of ~ 270.5/150.6 Wh kg−1 (at 0.5/10 A g−1) with ~ 99.8% Coulombic efficiency and retains ~ 80.3% (at 5.0 A g−1) after 3000 cycles.
#Nanotechnology and Microengineering #Nanotechnology #Nanoscale Science and Technology
