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武汉理工大学麦立强教授课题组近期在静电纺丝

能源环保    2021-09-18 17:29

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麦立强      

武汉理工大学材料学科首席教授,博士生导师,武汉理工大学材料科学与工程国际化示范学院国际事务院长,教育部“长江学者特聘教授”,国家杰出青年基金获得者,“国家万人计划”领军人才。2004年,获得武汉理工大学工学博士学位。先后在中国科学院外籍院士美国佐治亚理工学院王中林教授课题组、美国科学院院士哈佛大学Charles M. Lieber教授课题组、美国加州大学伯克利分校杨培东教授课题组从事博士后、高级研究学者研究。

长期从事纳米能源材料与器件研究,发表SCI论文270余篇,包括Nature及其子刊10篇,Chem. Rev. 1 篇,Adv. Mater. 12篇,J. Am. Chem. Soc. 2篇,Angew. Chem. Int. Ed. 2篇,PNAS 2篇,Nano Lett. 25篇,Chem. 1篇, Acc. Chem. Res. 1篇,Joule 1篇,Energy Environ. Sci. 1篇,以第一或通讯作者在影响因子10.0以上的期刊发表论文80余篇。主持国家重大基础研究计划课题、国家国际科技合作专项、国家自然科学基金等30余项科研项目。

 

2021年ACS Applied Materials & Interfaces

具有三维离子通路的开放结构纳米管,可增强复合固体电解质中的Li+电导率

首次通过梯度静电纺丝方法制备了开放结构的 Li0.33La0.557TiO3 (LLTO) 纳米管 (NTs) 作为 CSE 中的离子导电填料。纳米管由连接的小NPs组成,提供了三维(3D) Li+可达路径,大的聚合物/填料界面离子传导区域,并增强了对聚合物基质的润湿性。因此,基于 LLTO NTs 和聚丙烯腈 (PAN) 的固体电解质可以显示出高达 3.6 × 10-4 S cm-1 的高离子电导率和室温 (RT) 下 5 V 的宽电化学窗口。此外,使用 LLTO NTs/PAN CSE 的 Li-Li 对称电池可以在 20 mV 的极化下稳定工作 1000 小时以上。LiFePO4-Li 全电池具有 142.5 mAh g-1 的高容量,100 次循环后在 0.5 C 下的容量保持率为 90%。

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Song Hu, et al., Open-Structured Nanotubes with Three-Dimensional Ion-Accessible Pathways for Enhanced Li+ Conductivity in Composite Solid Electrolytes, ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 11, 13183–13190,  DOI: 10.1021/acsami.0c22635

 

2020年Journal of Materials Chemistry A

氮掺杂多孔碳纳米纤维用于高性能钾离子电池额外容量的起源

在0.1 A g−1放电容量为约100 mA h g−1的独立多孔n掺杂碳纳米纤维中,系统地研究了钾的存储机制。在0.01 ~ 2v的整个电压窗口范围内产生额外的容量,这与吡啶N和吡咯N引起的原子空位引起的表面/界面k离子吸收和石墨N效应引起的层间插入有关。含有吡啶氮和吡咯氮的微孔提供了额外的位点与K形成键合,从而在高压下产生额外的容量。缺陷石墨层内部发生的k离子化学吸收将促使k离子快速扩散,充分实现低电压下的插层能力。

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Fang Liu, et al., Origin of the extra capacity in nitrogen-doped porous carbon nanofibers for high-performance potassium ion batteries, J. Mater. Chem. A, 2020,8, 18079-18086, DOI: 10.1039/d0ta05626j

 

2020年 Chemical Engineering Journal 

原位生长金属-有机骨架修饰的电纺隔膜用于锂硫电池

基于静电纺丝技术和低压化学气相沉积构筑了一种双层MOF-PAN/rGO-PAN纳米纤维薄膜,可直接用于Li-S电池隔膜。文中指出,相比于传统的液相法,采用低压化学气相沉积法可以在不影响纳米纤维薄膜结构和性质的情况下原位修饰MOF。利用这种新型功能性隔膜组装的Li-S电池,可在0.5 C时可提供高达1302 mAh g-1的初始容量。在5 C的大电流密度下,循环600圈后,容量衰减率仅为0.03%每圈;更重要的是,即使在硫负载量高达7.7 mg cm-2的情况下,Li-S电池在循环50圈后仍能保持7.8 mAh cm-2的面容量。

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Cheng Zhou, et al., A Robust Electrospun Separator Modified with in situ Grown Metal-Organic Frameworks for Lithium-Sulfur Batteries, Chem. Eng.  J., 2020, 9, 124979, DOI: 10.1016/j.cej.2020.124979

 

2019年 Nano Energy

超细金属氧化物在富氮3D碳纳米纤维中耦合的通用结构用于高性能锂/钠存储

以可扩展的方式报告了一种用于合成紧密嵌入富氮 3D 碳纳米纤维网络 {MO@NCFs (MO=Co3O4, Mn3O4, Fe3O4)} 的超细金属氧化物量子点(3-6nm)的通用策略。MO@NCFs是通过将纳米纤维羧甲基壳聚糖(CMCh)水凝胶与金属离子配位形成稳定的金属-多糖骨架,然后通过热解过程产生分级多孔结构来构建的。CMCh 框架中的原位和受限配位不仅可以产生超细尺寸的金属氧化物量子点,而且还可以使量子点牢固地嵌入富含 N 的 3D 碳纳米纤维网络中,从而实现快速的电子和离子传输,和优异的结构稳定性。

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Kai Zhang, et al., Universal construction of ultrafine metal oxides coupled in N-enriched 3D carbon nanofibers for high-performance lithium/sodium storage, Nano Energy ,2020, 1, 10422, DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104222

 

2017年 Journal of Materials Chemistry A

原位氮掺杂介孔碳纳米纤维作为高性能超级电容器的柔性自支撑电极

提出了一种通过静电纺丝沉积在聚丙烯腈 (PAN) 纳米纤维上的氢氧化镁 (Mg(OH)2) 的低成本一步合成方法。在碳化和蚀刻之后,合成了原位 N 掺杂的介孔碳纳米纤维 (N-MCNF) 网络。合成的柔性网络用作超级电容器的独立电极。基于900°C制备的N-MCNFs (N-MCNFs-900)制备的超级电容器(N-MCNFs-900)在1.0 a g−1电流密度下,具有327.3 F g−1的超高比电容和显著的循环稳定性。例如,在 6 M KOH 水性电解质中以 20 A g-1 的恒定高充放电电流循环 10 000 次后仅损失约 7%。

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Jian Tan, et al., In situ nitrogen-doped mesoporous carbon nanofibers as flexible freestanding electrodes for high-performance supercapacitors, J. Mater. Chem. A, 2017,5, 23620-23627, DOI: 10.1039/c7ta07024a

 

近年来,麦立强教授团队使用永康乐业静电纺丝设备发表了大量的文章,获得了一系列的研究成果。

永康乐业通过在对客户的具体服务案例中不断检验和发展,逐渐形成了针对静电纺丝技术中关键材料、关键工艺和关键设备的技术体系。

未来,永康乐业在除了在静电纺丝领域继续深耕外,进一步提供3D打印设备、瞬时纳米复合平台、微流控工作站和自动化层层自组装制备装置等一系列科技服务,力争为广大科研工作者提供更好的服务和产品。