硅藻细胞壁硅化过程中有机质-矿物的相互作用

生物成因二氧化硅,更为确切地说是无定形水合二氧化硅,是第二大类生物成因矿物,在丰度和分布上仅次于生物成因碳酸盐矿物。硅藻是海洋生物成因二氧化硅的主要贡献者,其复杂和多级结构的硅质细胞壁已经引起多学科研究的兴趣。生物化学研究表明,硅藻生物成因的二氧化硅是一种复合材料,除了无机的非晶质二氧化硅以外,还含有生物矿化过程中普遍存在的有机组分,例如多糖、蛋白质和长链聚胺等。对这些组分的功能研究显示,它们在诱导二氧化硅沉淀以及形成物种特异性纳米图案方面起着至关重要的作用。本文简要介绍硅藻和硅藻细胞壁组成和结构,同时着重介绍了硅化过程中的有机和生物分子的生物功能、提取于生物二氧化硅中矿化相关的有机分子参与的体外(invitro)实验以及模型有机添加剂存在下的仿生矿化等研究的最新进展。对硅藻调控的生物成因二氧化硅形成机制的深入了解,将可能从机理上把全球硅循环和碳循环联系起来;而对硅藻体内成分的鉴定和分类将有助于我们深入理解石油的物质来源和硅藻的进化历程。

不同形貌无定形二氧化硅的可控合成及其生物矿化意义

硅藻是当今世界上种类最多的单细胞真核藻类。这些光合生物体是海洋中生物二氧化硅的主要贡献者,同时,它们对于全球范围内硅和碳的生物循环也有着非常重要的意义。目前已知的硅藻超过10万种。

磷脂分子和长链有机胺存在下的二氧化硅仿生矿化研究

自从1702年荷兰人Leeuwenhoek在显微镜下观察到硅藻以来,针对硅藻的研究愈加广泛和深入,包括地质学、环境监测与生态保护、古地理与古气候学、分子生物学、材料科学在内的诸多学科领域都对硅藻进行了相关研究(Passy,

用于锂硫电池硫载体的SiO_(2)/氮掺杂碳空心微球

锂硫电池以其高理论能量密度、低成本和环境友好等特征,正在引起越来越多科学家和产业界人士的关注。利用正硅酸四乙酯水解与多巴胺自聚合之间的相互促进作用,通过一步水热反应制备出具有空心结构的SiO_(2)/氮掺杂碳复合微球。破裂微球的扫描电镜照片证实了复合微球的空心结构,热重分析则明确了SiO_(2)/氮掺杂碳复合微球中的氮掺杂碳含量为74.1%。电化学测试结果表明,采用SiO_(2)/氮掺杂碳复合微球为载硫材料制备的锂硫电池在0.05 C时的首圈放电比容量为1204 mAh/g,其在2 C时的放电比容量为677 mAh/g。因此,提供了一种SiO_(2)/氮掺杂碳复合微球载硫材料的通用有效的合成方法。

MoS_(2)/C纳米复合材料的合成及其电化学性能研究

理论比能量高达2600 Wh/kg的锂硫电池已经成为锂电池研究热点,然而硫导电性不好、穿梭效应和锂化体积效应较大等问题阻碍了锂硫电池的产业化。将无定型多孔碳材料的高导电性和极性MoS_(2)的固硫作用相结合改善锂硫电池的电化学性能。所得的S@MoS_(2)/C在0.05 C和2 C电流密度下的放电比容量分别为1507和406.3 mAh/g,比S@MoS_(2)在相同电流密度下的放电比容量(1400和345.7 mAh/g)更高。在循环性能测试中,S@MoS_(2)/C容量保持率为46.9%,要高于S@MoS_(2)(39.1%)。因此,MoS_(2)/C复合材料作为硫载体可以显著改善锂硫电池性能。

荔枝状钨酸钠微球用作锂电池负极材料

过渡金属氧化物WO_(3)因其放电容量高等性能优势,成为新型锂电池负极材料的研究热点。以羧甲基纤维素钠为钠源、偏钨酸铵为钨源并以多巴胺为碳源,通过水热反应制备了钨酸钠/氮掺杂碳复合材料(NaWO-C)。X射线衍射谱图表明,所得材料中的钨酸钠主要由两种物相组成。扫描电镜照片显示,所得NaWO-C为荔枝状微球结构,元素分布图则表明微球上均匀分布着N、C、W、O和Na等元素。在锂电池中,NaWO-C在50和500 mA/g电流密度下放电比容量分别为591.7和157.2 mAh/g,高于氧化钨/氮掺杂碳复合材料(WO-C)的547.6和74.7 mAh/g。在循环50次后,NaWO-C的比容量仍有452.1 mAh/g,容量保持率为74.9%,与WO-C相比有显著提高。

ZrO_(2) and Nitrogen-doped Carbon Co-coated LiFePO_(4) Cathode with Improved Cycling Stability and Rate Performance for Lithium Batteries

LiFePO_(4)cathode was successfully co-coated by ZrO_(2)and N-doped carbon layer based on the coprecipitation of Zr species and polydopamine on the LiFePO_(4)surfaces.The mutual promotion between the hydrolyzation of ZrO_(2)precursor and the self-polymerization of dopamine was realized in the one-step synthesis.After being used in the coin battery as cathode material,the ZrO_(2)and N-doped carbon co-coated LiFePO_(4)displayed improved cycling stability(97.0%retention at 0.2 C after 200 cycles)and enhanced rate performance(130.7 mAh·g^(−1) at 1 C)due to its higher electrochemical reactivity and reversibility compared with those of commercial LiFePO_(4).

片状外延结构Co_(3)O_(4)刺球的合成及其性能研究

通过采用不同钴源制备Co_(3)O_(4)材料,对材料进行物相和形貌表征,并了解不同结构Co_(3)O_(4)材料在锂硫电池正极材料中的作用。结果表明,具有片状外延结构的Co_(3)O_(4)刺球与S/C材料结合以后,能够增强正极材料在电化学反应中对多硫化锂的吸附,提升电池比容量、首次库仑效率及其循环稳定性。将S@C/Co_(3)O_(4)复合材料作为锂硫电池正极材料组装的电池在0.05 C下放电比容量达到了1294.89 mAh/g。通过电化学阻抗谱和循环伏安法测试,对比了两种Co_(3)O_(4)对锂硫电池性能的影响,结果表明以硝酸钴为钴源制备的锂硫电池正极材料具有更好的电化学活性。