導語:
本文梳理了近期發表在國際期刊Nano Energy(IF=17.881)上的部分研究進展,主要包括通過使用靜電紡絲技術在催化劑、摩擦納米發電機、電池電極材料等方面的最新研究進展。
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1.廈門大學:異質結構BaTiO3/SrTiO3納米纖維的壓電增強光催化性能
➣壓電效應可以有效地調節光電半導體的能帶結構和載流子的輸運行爲。采用靜電紡絲法制備了BaTiO3/SrTiO3異質結構納米纖維,並利用高壓電場對其進行極化。
➣在超聲和紫外線聯合作用下,在30 min內,BaTiO3/SrTiO3納米纖維對羅丹明B (RhB)染料的降解率爲97.4%,是純SrTiO3納米纖維的2.2倍。
➣壓電效應提供了一個內置的極化場,以提高光致載流子的分離效率。DFT計算結果表明,壓電電位可以減小SrTiO 3的帶隙寬度。
➣本文爲通過使用機械能提高納米複合材料的光催化性能提供了一種有前景的策略。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106391
2. 武漢大學國世上教授:通過逐層組裝實現自供電柔性壓電納米發電機
➣目前,迷走神經刺激(VNS)已成爲一種很有前途的基于設備的神經調節療法,有望取代部分傳統藥物,治療各種神經精神疾病、炎症免疫疾病和心血管疾病。
➣武漢大學國世上教授設計了一種基于壓電納米發電機(PENG)的自供電VNS裝置,該裝置無需電池,可以成功地從頸動脈搏動中獲取生物機械能來刺激迷走神經。
➣通過靜電紡絲和使用聚(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯)[P(VDF-TrFE)]/BaTiO 3的逐層組裝制備的(BTO)構建了柔性PENGs。
➣當自供電的 VNS 設備對迷走神經釋放電刺激時,四只犬的心率顯著下降。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106319
3. 中國石油大學閻子峰教授等人:雙原子 Fe-Co 位點的柔性碳納米纖維薄膜構建高産柔性多功能催化電極
➣中國石油大學閻子峰教授等人開創了一種具有時間和成本效益的策略,用于制備具有均勻分布的雙原子 FeN 3 -CoN 3位點(Fe 1 Co 1 -CNF)的大面積柔性 CNF 薄膜。
➣由于預先設計的ZnFeCo-NC前驅體(ZnFeCo-pre)與靜電紡聚合物聚丙烯腈(PAN)具有良好的相容性和相似的功能,ZnFeCo-NC前驅體和PAN的混合物可以共靜電紡,並符合標准的CNF制造工藝。
➣Fe1Co1-CNF在氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)中均表現出良好的雙功能催化性能,這是因爲其豐富的雙催化位點FeN3-CoN3有利于獲得最佳的吸附/解吸反應中間體的電子性能。
➣由于Fe1Co1-CNF具有良好的機械強度和柔性,可以展示具有特殊形狀變形性和穩定性的便攜式ZAB,其中Fe1Co1-CNF可作爲集成的獨立膜電極。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106147
4. 新加坡南洋理工大學Edwin Hang Tong Teo:靜電紡硼碳氧氮納米纖維氈實現高效水分解
➣新加坡南洋理工大學Edwin Hang Tong Teo報道了提出了一種簡單且可擴展的策略,通過靜電紡絲和隨後的熱處理來制備硼含量可控的自支撐硼碳氧氮納米纖維氈(BCNONF)。
➣優化的BCNONF膜在堿性電解液中表現出優異的電催化OER性能,在10 mA cm-2時過電位爲403 mV,Tafel斜率爲72.9 mV dec-1,和出色的穩定性(10 h後電流密度保持率爲88.1%),優于商用Ir/C基准。
➣當同時用作電解槽的陽極和陰極時,自支撐BCNONF膜表現出優異的活性,在10 mA·cm-2時的電位僅爲1.79 V,並且具有出色的長期耐久性(50 h後電流密度保持率爲90.6%)。
➣BCNONF催化劑顯著的OER和HER雙功能性能源于與CNO表面相比,BCNO表面O原子吸附強度降低和H*吸附增強,從而促進了電催化中間體和BCNONF催化劑之間的有效界面電荷轉移。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106246
5. 蘇州大學路建美&李娜君:SnS2/CNFs膜壓電催化去除BPA和Cr(VI)的性能及機理研究
➣本文首次報道了一種幾層SnS2納米片塗覆碳納米纖維壓電膜,這是一種典型的層狀過渡金屬硫化物(TMDs),可用于六價鉻(Cr(VI))和雙酚A(BPA)的壓電催化。
➣超聲處理下Cr(VI)和BPA的去除效率分別比光照條件下提高了3倍和4倍,這可歸因于SnS2的壓電性産生的內置電場和能帶彎曲以及CNFs基底優異的電子流動性。
➣在光照條件下,與不存在·OH相比,SnS2/CNFs壓電催化氧化BPA降解可産生最多的氧化·OH。
➣作者還提出了SnS2/CNFs可能的壓電催化機理,爲TMDs通過收集機械能進行壓電催化以修複環境提供了新的思路。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106036
6. 廈門大學劉健&葉美丹&曾憲海:生物質衍生多功能波狀分層碳氣凝膠的制備及其在可穿戴電子設備中的應用
➣以葡萄糖&雙氰胺納米片(C-GD)和纖維素納米纖維(CNFs)的煅燒混合物爲可持續、廉價的前體,采用生物質介導策略合成了氮摻雜碳氣凝膠(C-NGD)。
➣合成的C-NGD具有良好的彈性、可壓縮性和抗疲勞性。C-GD與CNFs的相互作用形成了超穩定的波狀分層結構,可以承受超高壓縮應變(95%)和長期壓縮(3000次循環,50%應變)。
➣在0至10kPa下可獲得寬範圍的線性靈敏度,該靈敏度高達10.08kPa-1。這些優點使得碳氣凝膠可用于可穿戴壓阻傳感設備中,以檢測人體運動和生物信號。
➣C-NGD在超級電容器和摩擦電納米發電機方面也顯示出潛在的應用前景。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105973
7. 香港中文大學訾雲龍教授等人:長使用壽命的摩擦充電增強混合空氣過濾口罩高效捕獲顆粒物
➣本文提出了一種由靜電紡納米纖維網絡和聚3,4-乙二氧基噻吩:聚苯乙烯磺酸包覆聚丙烯(PP)組成的納米/微纖維複合空氣過濾口罩。
➣産生的濾波器由一個獨立滑動摩擦電納米發電機提供摩擦電荷。
➣通過增強機械攔截與靜電力的協同作用,混合空氣過濾器對粒徑爲11.5 nm ~ 2.5µm的顆粒過濾效率較高,0.3 ~ 2.5µm的顆粒過濾效率較原始PP提高了9.3 ~ 34.68%。
➣48 h穩定過濾效率分別爲94% (0.3 ~ 0.4 μ m)和99% (1 ~ 2.5 μ m),壓降爲~110 Pa。此外,還驗證了摩擦荷電增強空氣過濾器的殺菌能力。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106015
8. 青島大學龍雲澤:基于電紡PVDF-HFP納米纖維的單電極壓電納米發電機及其在智能被動日間輻射制冷中的應用
➣通過靜電紡絲技術獲得的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)納米纖維膜可以有效地散射陽光,同時發射與大氣窗口相匹配的紅外線以實現有效散熱。
➣在制備過程中,靜電場可有效極化PVDF-HFP,使其獲得良好的壓電性能,從而用于監測膜功能的完整性。
➣該膜還可以作爲納米發電機,用于收集環境中的機械能,例如雨滴作用于屋頂的能量,這樣不僅可以減少冷卻能的損失,還額外地收集了能量,從而實現了雙重節能設計。
➣其出色的自清潔和可循環利用特性爲其綠色節能設計帶來了更多的好處。該智能PDRC爲新型節能設計提供了思路。
DOI: 10.1002/adfm.202011073
9. 新加坡南洋理工魏磊/東南大學孫立濤等人:碳纖維包覆NaTi2(PO4)3空心納米顆粒用于水性可充電鈉電池負極
➣通過靜電紡絲技術和隨後的碳化處理,將均勻封裝在交聯的多孔N摻雜碳納米纖維(HNTP @ PNC)中的中空結構NTP直接用作柔性水性可充電鈉離子電池(ARSIB)的無粘合劑負極。
➣得益于其獨特的空心結構、連續導電網絡和良好的協同效應,HNTP@PNC電極在5.50 A g−1時的容量高達108.3 mAh g−1,循環3000次後容量保持率高達97.2%。
➣結合六氰鐵酸鉀鋅獨立正極,成功構建了准固態ARSIB原型,具有1.6 V的高壓放電平台,實現24.5 mAh cm−3的高容量和39.2 mWh cm−3的理想能量密度。優于大多數報道的柔性水充電儲能設備。
DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105764