国内周报新年特刊:超级电容器能量密度低！怎么破！？
2016农历新年刚刚结束，欧洲足球赛事 的编辑小伙伴们为大家送上国内周报新年特刊，带你一览新年里我国先进材料研究进展的代表作。
说到特斯拉电动车，小编眼前一亮，这可是神车啊！多少车迷为之疯狂。当然，本则信息说的可不是特斯拉咯！而是它所应用到的——超级电容器！超级电容器又称电化学电容器,是目前最重要的电能储存装置之一，广泛应用于电动车、清洁能源存储等领域。如今的超级电容器能量密度低，如何提高超级电容器的能量密度是当前亟待解决的问题。
近期，中科院金属研究科研人员为了解决这一问题，提出了采用电化学电荷注入(ECI)来改变电极材料的表面电化学结构，从而调控正、负电极材料的电化学电位到最佳初始电位的方法，使组装的超级电容器在调控后的能量密度大大增加。另外，研究人员采用电化学预包覆的方法(PEC)通过二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的分解在正电极表面预先包覆一层纳米尺度的保护层的方法解决了石墨烯锂离子超级电容器随能量密度增加其循环使用寿命降低的问题，提出了锂离子超级电容器的智能电芯设计思路设计出实用化电芯结构，避免了废旧电芯处理带来的资源和环境问题。
相关研究成果发表于Angewandte Chemie International Edition、Advanced Energy Materials以及Energy Storage Materials。
由于雾霾、环境污染等一系列环境问题愈发突出，清洁能源近些年来备受人们关注。光电催化分解水制氢作为获得清洁能源的一个重要途径，其可实现太阳能与化学能之间的转化。纳米多孔半导体材料在这方面一直是备受关注的宠儿，但因其催化作用机理尚未明确而受到应用限制。
近期，兰州化物所毕迎普团队在前期铋系半导体纳米材料可控构建及其光电催化性能研究基础上，通过涂层焙烧法在FTO基底生长了孔径在200至700 nm范围内可控的纳米多孔结构BiVO4光阳极材料，并对其光电催化分解水制氢进行研究，结果表明多孔结构BiVO4的孔径为400nm时其可见光光电催化性能最佳，进而证实合理调控半导体孔径可作为一种有效方法用于提高半导体光电催化分解水性能。
相关研究成果发表在Nanoscale（Nanoscale, 2015, 7, 20374）上。
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，催化剂是加速化学反应的化学物质，其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。
近期，一种同时具有光解水产氢和光降解有机物双功能的新型高效光催化剂——半导体金属有机框架(简称MOF-1)由南开大学赵斌教授和王卫超教授团队联合研制成功。通过实验研究MOF-1光解水产氢的能力，发现其产氢效率之高，在现有的金属有机框架材料中十分少见，且具有可重复利用性。另外通过热重分析发现该催化剂具有极高的热稳定性。
相关研究成果发表于Angewandte Chemie International Edition。
加速器驱动次临界ADS（Accelerator Driven Subcritical）系统是未来先进核嬗变能系统，该系统由加速器、散裂靶、反应堆三部分组成，由于涉及到核能方面，因此对散裂靶用结构材料要求甚是严格，需要同时具有耐高温、抗辐照、抗液态金属腐蚀等性能。SIMP钢作为散裂靶用结构材料之一，其制备具有众多难点：难熔金属元素的熔解、超纯铁的制备、易活化元素含量的控制、成分均匀性控制、全部马氏体组织的获得等。
针对SIMP钢的制备难点，中科院金属研究所杨柯、单以银等人在5年时间内，完成了具有自主知识产权的散裂靶用结构材料—新型耐高温抗辐照抗液态金属腐蚀马氏体耐热钢SIMP钢的成分、组织设计与优化、其各项性能的评价与研究等多方面工作，成功制备出具有自主知识产权的耐高温、抗辐照、耐液态金属腐蚀新型结构材料，使我国在核用结构钢方面的研究开发达到了国际先进水平，可大大地推动中国ADS核嬗变系统的研究进程。
锂空气电池是一种以金属锂作为阳极、空气中的氧气作为阴极反应物的电池。该电池以空气中的氧气为原料，其理论能量密度远高于传统锂离子电池能量密度。然而锂空气电池存在电化学反应过程复杂以及过电势大、寿命短等一系列问题，限制了其在电动汽车等领域的应用。
近期，中科院阎兴斌等人以碳纤维(CFs)作为牺牲模板剂分别制备了低比表面积的管状二氧化锰(δ-MnO2)和高比表面积的CFs/MnO2同轴纤维，研究发现δ-MnO2催化剂的引入可促使放电产物（Li2O2）由环形结构向片层结构转变，显著降低了空气电极的过电势，从而大幅提高了锂空气电池的电化学性能。在此基础上研究人员通过一步法制备了碳化的密胺海绵-石墨烯-核壳结构的钴/一氧化钴（Co/CoO）三维复合空气电极，研究发现该复合空气电极显著提高了锂空气电池的电化学性能。
相关研究成果分别发表于ChemSusChem、J. Materials Chemistry A 和Advanced Functional Materials。
纳米超晶格是一种由纳米颗粒周期性有序堆积而形成的新型超材料。在显示、传感、太阳能电池、光纤通信等领域有着巨大的应用潜力。
近日，中科院深圳先进院与香港城市大学合作，在纳米自组装三维超晶格光学芯片领域取得新突破。该课题组成员李鹏辉等研究建立了一种反咖啡圈效应的方法，可有效控制液滴蒸发过程颗粒在基底表面的自组装行为。该项成果实现了厘米尺度三维超晶格光学芯片的大规模制备，可广泛用于表面增强拉曼光谱（SERS）、荧光增强、太阳能电池、生物芯片等诸多领域；更为重要的是，该项成果在纳米材料与宏观应用之间搭建起了桥梁，对纳米科学的发展具有重要意义。
相关论文已被材料学刊物Advanced Materials 封面报道(Inside Front Cover)。Evaporative Self-Assembly of Gold Nanorods into Macroscopic 3D Plasmonic Superlattice Arrays (DOI: 10.1002/adma.201505617)
近日，金属所任伊宾副研究员带领的研究团队开发一种新型多孔金属制备方法，充分利用“柯肯达尔效应”在真空环境中制备出多孔铜、多孔镍和多孔不锈钢等多孔金属。
金属所新开发的多孔金属制备方法相对于传统的脱合金方法属于物理脱合金方法，通过物理升华和扩散原理获得多孔合金。目前可以大规模制备孔径为1-10微米高孔隙率多孔合金（开孔），孔隙率约为35-75%，已在实验室成功生产制备出均匀多孔铜合金、镍合金以及不锈钢等多孔金属材料，制备的多孔铜箔用于锂离子电池表现出更加优异的性能，其它应用研究正在不断开发中。通过不断的改进完善，本项目技术已成熟，并具有完全自主知识产权。
初步研究成果近期已经快速发表在Vacuum和Materials Letter上，相关研究成果已经申请了5项发明专利和一项国际专利。
最近，中科院物理所／北京凝聚态物理国家实验室(筹)博士生利用极低温高分辨扫描隧道显微镜，在铁基超导体Fe1+x(Te,Se)中发现处于间隙位置的单原子铁杂质上会产生一个非常尖锐的零能电导峰。
通过搬运原子的方法，他们证实了该束缚态由铁杂质诱发，与常规超导体中的杂质态有很大区别。可能是由于Te的掺入而形成。实验观察所得与理论预言的拓扑超导体中的马约拉纳费米子性质相吻合，推测它有可能是近些年来科学家们孜孜以求的马约拉纳费米子。
该成果发表于Nature Physics。
光致变色物质具有颜色和多种物理性质可逆变化的特征，光磁效应的化合物除具有一般光致变色物质的强光防护、光开关等功能外，还可能在磁共振成像、光信息存储等方面发挥着重要的作用。
近期，福建物构所研究员郭国聪等人首次发现了3d-4f多氰基配位化合物的光致变色现象和室温光磁效应，即 [EuIII(18-冠-6)(H2O)3]FeIII(CN)6•2H2O在室温时经紫外光或紫光照射后，生成了稳定的冠醚自由基和二价铁，晶体颜色表现出典型的光致变色现象。变色前后，化合物的磁性会发生显著的变化。
该研究以通讯形式发表在J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 10882−10885。
当前的固态柔性超级电容器大多是由两个柔性电极薄膜和中间凝胶态电解质薄膜叠放在一起形成的多层膜堆叠结构。凝胶的高粘度以及多层堆叠器件的易损伤性，对制备出高性能柔性超级电容器依旧是一个很大的挑战。
近日，中科院马衍伟研究组制备出了具有高面积比容量、优异充放电循环性能的新型固态柔性超级电容器。该研究团队设计将柔性超级电容器的关键成分，电极-电解质-电极层集成于单个柔性水凝胶薄膜上，形成一体化（All-in-one）的新型器件结构，有效的解决了凝胶电解质离子在较厚电极层内部的扩散等问题。
相关研究结果发表于国际材料学期刊Adv. Mater 2015, doi:10.1002/ adma.201503543，并已申请了国家发明专利。
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本刊作者：国内材料周报小组 任文锦、唐杏。
欧洲足球赛事 编辑整理。
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