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天津大学杨全红教授在静电纺碳纳米纤维方面的

能源环保    2021-09-18 17:28

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杨全红博士,天津大学讲席教授、博士生导师,新加坡国立大学(NUS)-天津大学(TJU)福州学院教授、PI,清华-伯克利深圳学院客座教授。国家杰出青年科学基金获得者、中组部“万人计划”领军人才、天津市有突出贡献专家、科睿唯安“全球高被引科学家”和爱思唯尔“中国高被引学者”,享受国务院政府特殊津贴。1994 年毕业于天津大学,1999 年毕业于中科院煤化所,其后在中科院金属研究所、法国科研中心、日本东北大学、英国南安普顿大学从事博士后研究。

从事碳功能材料、新型二维材料和先进电池研究,在Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy Environ. Sci. 等刊物发表论文200余篇,他人引用 18000 余次,H因子 77。出版石墨烯材料专著《石墨烯:化学剥离与组装》,拥有中国和国际授权发明专利40余项。成果曾获国家技术发明二等奖(2017)、教育部高等学校科学研究优秀成果一等奖(2019)、天津市自然科学一等奖(2013)等学术奖励。担任储能领域知名刊物《Energy Storage Materials》副主编、《Carbon》、《Science China Materials》等10份刊物编委。

 

Small:纤维素纳米纤维/氧化石墨烯晶胶的pH依赖性形态控制

本文报告了通过单向冷冻干燥(UDF)方法由含有50wt%2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基、自由基介导氧化纤维素纳米纤维(TOCNs)和50wt%氧化石墨烯(GO)的二元分散体制备多结构晶胶的系统研究。溶胶pH值的增加可以通过增加静电排斥力使两种组分更好地分散,同时也导致凝胶网络逐渐变弱,从而由UDF工艺制备出微片晶胶。本研究提出了一种解释晶胶形成的两方面机理,并指出最大化的TOCN-GO相互作用和分散体复合物对冰晶的高亲和力对于获得沿冷冻方向的微蜂窝形态是必要的。

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Zheng‐Ze Pan, et al., pH‐Dependent Morphology Control of Cellulose Nanofiber/Graphene Oxide Cryogels, Small, 2021, 17, 3, 2005564, DOI: 10.1002/smll.202005564

 

Nano Energy:N、P共掺杂中空碳纳米纤维膜用于三功能非金属电催化剂

天津大学杨全红教授、智林杰研究员和国家纳米中心孔德斌博士采用同轴静电纺丝技术由TPP/PVP (TPP=三苯基膦,PVP=聚乙烯吡咯烷酮)为核和DCDA/PAN (DCDA=双氰胺)为壳组成的原始核-壳纳米纤维,经过聚合和热解制备了N、P共掺杂的中空碳纳米纤维(N,P- HCNF)膜,该膜具有分级多孔结构和丰富的掺杂、缺陷、边缘等催化活性位点。传质效果对电催化活性有很大的影响,主要是通过增大比表面积来影响孔内的固有催化活性和离子电阻。原始膜松散堆积的纤维网络经聚合热解后转变为紧密交织的多孔结构,提供了连续的导电路径。

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Yang Gao,et al.,N,P co-doped hollow carbon nanofiber membranes with superior mass transfer property for trifunctional metal-free electrocatalysis, Nano Energy, 2019, 64,103879, DoI:10.1016/j.nanoen.2019.103879

 

Science China Materials:用于锂金属负极的轻质、 高掺氮量碳纳米纤维基三维集流体

本论文采用静电纺丝技术及高温碳化方法制备了一种轻质、高掺氮量(9.5 at%)的三维碳纳米纤维集流体。该集流体较低的密度能提升基于整个电池的能量密度, 而且高掺氮量使其具备亲锂的特性,从而有效降低锂离子在其表面的初始形核过电位,得到均匀的金属锂种子层,实现后续金属锂的均匀沉积。这种三维结构有效抑制了锂枝晶的产生,降低了电池的极化,金属锂沉积/脱除测试中其库伦效率在循环250圈后仍可保持在98%以上。将其沉积金属锂后与LiFePO4组装全电池,电池极化降低,在循环300圈后容量保持率可达82.4%,表现出很好的应用前景。

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Haoliang Wu, et al., A lightweight carbon nanofiber-based 3D structured matrix with high nitrogen-doping level for lithium metal anodes, Science China Materials, 2019, 62, 87–94,  DOI: 10.1007/s40843-018-9298-x

 

Small Methods:过滤拦截材料——机理、进展及展望

系统总结了颗粒物拦截材料的最新研究进展,并提出高效拦截材料的设计原则及发展方向。文章讨论了两种拦截机制,一种是“被动”拦截机制,即材料充当“障碍物”阻隔颗粒运动路径;另一种是“主动”捕获机制,即利用材料与颗粒物间的作用力来捕获颗粒物。拦截机制的分析对于在不同环境中选择合适的过滤材料具有非常重要的意义。

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Jing Xiao,et al., Advanced Materials for Capturing Particulate Matter: Progress and Perspectives,Small Methods, 2018, 2, 7, 1800012, DoI:10.1002/smtd.201800012

 

Science China Materials:具有高电化学性能WS2纳米片嵌入石墨化纳米碳管材料(WS2@G)用于锂离子或钠离子电池储能

本论文通过结构设计及简单方法成功制备一种二维石墨烯-WS2复合结构WS2纳米片嵌入石墨烯化中空纳米碳管中(WS2@G)这种新的电极结构采用静电纺丝技术和化学气相沉积技术组合的方式有利于实现集成化和无粘结剂锂离子或钠离子电池电极材料制备采用内部的受限生长以及原位的石墨化碳包覆纳米同轴的互贯网络得到纳米尺度WS2片层分散的WS2@G复合结构能够提供有效的导电性和电解液浸润性的网络结构同时还能够有效地降低电池在充放电循环过程中导致的体积膨胀效应

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Debin Kong, et al., WS2 nanoplates embedded in graphitic carbon nanotubes with excellent electrochemical performance for lithium and sodium storage, Science China Materials, 2018, 61, 671-678, DOI: 10.1007/s40843-017-9185-3