交联网络结构Ti3C2纳米线的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池因其能量密度高、成本低等优势被认为是最具希望的下一代储能器件之一,然而其正极材料的发展和应用仍面临诸多挑战.本文通过将剥离的Ti₃C₂纳米片在NaOH溶液中刻蚀得到具有交联结构的Ti₃C₂纳米线,并利用熔融浸渍法负载硫颗粒,用作锂硫电池的正极材料.具有极性表面的Ti₃C₂可有效捕获多硫化锂中间体,从而抑制多硫化锂的穿梭效应.与Ti₃C₂纳米片相比,具有交联网络状结构的Ti₃C₂纳米线具有更大的比表面积和多孔结构,可以有效提供固硫所需的空间,并容纳硫在锂化过程中的体积膨胀.其较大的比表面积有利于Ti₃C₂纳米线对多硫化锂的捕获,其多孔结构有利于锂离子的扩散. Ti₃C₂纳米线/硫复合物展现出优异的电化学性能,在0.2 C的倍率下, 100次循环后,其可逆容量为658 mAh g...     

硅酸盐、碳酸盐和硫化物共同风化促使CO2排放

<正>物理侵蚀和化学风化与地质时期地球气候的演化关系一直是热点科学问题^[1～3].硅酸盐矿物的化学风化作用是地球历史上碳循环的重要组成部分^[1,3～6].尽管地壳和地幔通过岩浆/变质作用向大气中排放了大量CO₂,但硅酸盐风化作用由于吸收/封存大气CO₂(产生碱度或HCO₃^–)而被认为是中和CO₂排放的一个关键机制,     

钼基碳掺杂二硫化钼电极的硫氧化反应性能

硫钝化是阻碍硫化物氧化反应(sulfur oxidation reaction, SOR)在硫锂电池、电化学脱硫、含硫污染物资源化等领域高效进行的重要因素.二硫化钼(MoS₂)因其优异的抗硫性和可调的二维层状结构而具有良好的SOR潜能,但其本征半导体性质限制了电子传递过程.本文报道了一种抗硫性钼基碳掺杂二硫化钼电极(Mo/C-MoS₂),通过碳掺杂使MoS₂电极具有接近热中性的硫吸附吉布斯自由能和快速转换多硫化物的能力,有效避免了硫钝化.实验结果显示, Mo/C-MoS₂能以0.37 V驱动SOR反应达到10 mA/cm²,低于Mo/MoS₂电极(0.41 V)和Pt电极(0.68 V),并在恒电位电解测试中保持16.5 h的抗硫钝化稳定性.透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spe...     

双核催化位低温高效脱除氮氧化物

<正>氮氧化物(nitrogen oxides,NO_x)是化石燃料燃烧过程中所产生的主要大气污染物之一,也是PM_2.5和臭氧的重要前体物^[1].控制NO_x的排放是国家“十四五”规划持续改善大气品质和环境质量的重大战略需求.氨选择性催化还原(selective catalytic reduction with NH₃,NH₃-SCR)技术是目前世界上应用最为广泛、最为成熟且最为有效的工业烟气脱硝技术^[2].SCR过程中主要发生如下反应:4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O,     

基于双光束写和双光束读的超分辨三维纳米光子存储器

<正>光存储技术(optical data storage, ODS)是一种很有前景的长寿命大数据存储解决方案^[1].但是传统的光盘有着比闪存设备和硬盘低得多的容量,如何在有限体积内有效增加存储密度成为光存储亟待解决的问题^[2].研究人员通过开发多维物理量复用的光存储^[3,4],写入多层的三维空间光存储^[5]等来提高光学存储介质的存储密度.但以上方法都没有突破光学衍射极限的限制.仅有极少研究讨论了光和材料相互作用之后,信息点被超分辨地写入随后被超分辨地读出,即超分辨率纳米光子存储技术.     

植物碳汇系统与中国碳中和之路

<正>1碳达峰与碳中和研究的紧迫性1975年,Broecker^[1]在Science上发表一篇文章“Climat change:Are we on the brink of a pronounced global warming?”使得大气中CO₂增加导致气候变暖的概念第一次走进人们的视野.大气CO₂增加主要是由于人类对化石能源的利用及人类活动导致的土地利用改变^[2].目前,大气CO₂浓度约为415 ppm(1 ppm=1μmol/mol,Global Carbon Budget 2020https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/index.htm)     

21世纪全球冰川将加速消融

<正>尽管全球冰川的体积(158×10³km³,不包括格陵兰和南极冰盖)不足陆地总冰量的1%^[1,2],但其对海平面上升(sea level rise,SLR)的贡献高达0.74±0.04 mm/a^[3],这与冰盖对SLR的贡献相当^[4].随着气候持续变暖,冰川对SLR的贡献将继续增大^[3,5],进而破坏沿海湿地生态系统平衡并威胁城市安全.此外,冰川消融会改变区域水资源的可利用性以及地表径流在季节和年际之间的分配比例^[6],还会影响冰湖溃决、冰缘滑坡和泥石流等地质灾害爆发的频率和规模^[7].     

锂硫二次电池电催化

随着社会发展对储能系统的要求不断提高,锂硫二次电池因其低成本、高能量密度和环境友好等优点,近年来受到广泛关注.但是多硫化物的穿梭效应和缓慢的氧化还原过程限制了硫正极的活性物质利用率,同时导致其快速的容量衰减,阻碍了其实际应用.为了解决这些问题,研究者采用“锂硫电催化”模型体系以缓解穿梭效应并促进多硫化物的转化动力学.本文系统总结了包括非均相与均相催化体系在内的锂硫电池电催化材料和模型体系的设计原理及最新研究进展,展望了未来锂硫二次电池电催化研究的主要挑战和发展机遇.     

二氧化碳助催化环氧化合物水合反应

<正>乙二醇(CH₂OH)₂是一种重要的有机化工原料,可用于生产聚酯纤维、防冻剂、不饱和聚酯树脂、润滑油、增塑剂和非离子表面活性剂等^[1].据统计,近年来乙二醇全球产量已超过3000万吨.目前乙二醇最主要的生产路线是环氧乙烷直接水合法,在这一反应体系中,乙二醇不可避免地与未反应的环氧乙烷反应生成一缩二乙二醇、二缩三乙二醇等低聚物^[2].为提高乙二醇的选择性、抑制副产物缩乙二醇的生成,     

干细胞球聚体微针促进糖尿病创面愈合

<正>根据世界卫生组织统计,全球范围内有超过4亿人患有糖尿病^[1].由于其发病机制涉及神经病变、血管病变和免疫功能受损等多个因素,患者易出现皮肤感觉减退、血液供应不足及免疫功能下降等问题^[2].经统计,约15%～25%的糖尿病患者会并发难以愈合的皮肤溃疡,即糖尿病溃疡,好发于患者下肢、足部或其他容易受压的部位^[3].     

技术创新推动古海洋磷循环理论新突破

<正>技术创新是科学进步的重要推动力.纵观整个科学史,许多重大的科学发现和理论突破均以技术创新为驱动^[1].例如,光学显微镜的发明揭示了细胞结构,从而催生了细胞生物学这一全新学科;粒子加速器的建设揭示了基本粒子的组成和运动规律,进而推动了高能物理学的发展.地球科学的发展同样受益于技术创新^[2].举例来说,氧同位素温度计的开发为古温度的重建提供了可能,奠定了古气候研究的基础^[3];近年来非传统稳定同位素指标的开发及运用,为研究地球各圈层演化提供了新的思路^[2].近期,中国地球科学领域学者通过技术手段的创新^[4],在古海洋磷循环这一前沿科学问题上取得了重要突破^[5].该研究作为技术创新推动科学进步的又一案例,可为中国未来科研路径提供有益启示.     

线粒体RNA m3C修饰酶METTL8的修饰机制和底物特异性

<正>tRNA是遗传信息传递的关键生物大分子之一.在核糖体中,tRNA的反密码子通过与mRNA的三联体密码子互补配对,从而将其携带的氨基酸掺入到新合成的肽链中,对遗传信息的精准传递具有重要作用^[1].tRNA上存在着大量的转录后核苷酸修饰^[2].目前已有120多种tRNA修饰被鉴定出来,它们存在于12%～20%的tRNA核苷酸碱基上^[3,4].tRNA上存在的这些修饰参与并调控一系列生命过程^[5].众多的修饰能够维持tRNA结构、提高tRNA稳定性、促进反密码子与密码子的精确配对等,在多种生命活动中发挥作用^[6,7].     

电解液调控实现高电压高镍三元长循环稳定

<正>为了满足500公里以上续航里程的苛刻要求,根据国家动力电池技术规划,对锂离子电池的能量密度提出了更高的要求,2025年达到400 Wh/kg,2030年达到500 Wh/kg.正极材料的选择对提高电池的能量密度非常关键.LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)因具有高比容量和高工作电势而在高能量密度锂离子电池领域备受关注^[1,2].对于NCM811来说,Ni元素通过Ni²⁺/Ni³⁺和Ni³⁺/Ni⁴⁺氧化还原对贡献了大部分电容,并且随着充电截止电压的升高,提供的比容量增加,从而更高的能量密度可被获得.     

深时气候演变和板块运动

<正>碳在地球各个圈层中的流动和转化过程称为地球的碳循环.地球的碳循环过程可以划分为表层和深部碳循环.两个碳循环过程密不可分,以不同的时间变率相互交织共同维持着地球上气候平衡.古气候指标数据显示,新生代以来大气中的二氧化碳浓度(pCO₂)与地球表面温度之间存在着显著的正相关关系,即当二氧化碳浓度上升时,地球表面的温度也会随之升高^[1,2](图1(a)).     

海洋“造林”的碳汇效率之争

<正>在21世纪末实现温控2～1.5℃的目标,需要全球各国政府、企业和个人共同努力,采取积极的减排和增汇措施.据Berger等人^[1]研究,在有效减排的前提下, 2050年之前每年还需从大气中去除160亿吨二氧化碳(CO₂)方能实现温控2℃之内的目标.海洋覆盖约71%的地球表面积,是地表系统中最大的碳储库,吸收了自工业革命以来约25%的人为CO₂^[2],发挥着不可替代的碳汇功能.海洋不仅有广度还有深度,平均深度约3400 m,如果能将海洋吸收的CO₂输出至1000 m以下,     

新型抗噬菌体防御系统RADAR的组装、催化和调控机制研究

<正>宿主细胞依赖多种免疫应答机制来对抗病毒感染.其中,针对核酸分子的免疫识别和操作,是极为核心的抗病毒免疫策略,广泛存在于从细菌到哺乳动物等几乎所有宿主系统中^[1～7].相较于哺乳动物细胞稍显复杂的信号转导和调控^[1],细菌往往更为简单高效,其编码的多种抗病毒免疫系统可直接对核酸分子进行切割或修饰^[2,8～14].     

次季节尺度上的“暖北极-冷欧亚”模态

<正>1979年以来北极地区增暖的速率约为全球平均的4倍^[1].从20世纪80年代末到21世纪10年代初,欧亚大陆冬季呈现变冷的趋势^[2,3].这种暖-冷对比也存在于年际和年代际尺度^[3～6],即“暖北极-冷欧亚”模态.这一模态被认为和中低纬的极端天气气候事件有关^[2～9],探索其成因及其在不同时间尺度的变化,已成为当前的研究热点.     

锂硫电池非均相电催化剂

锂硫电池具有理论能量密度高、硫资源丰富等特点,被认为是下一代极具前景的储能电池体系.但锂硫电池中严重的多硫化物“穿梭效应”以及迟缓的反应动力学等问题制约其进一步发展.近年来,将非均相纳米电催化剂引入锂硫体系,在抑制“穿梭效应”及提升反应动力学方面取得了显著效果.本文对常见的非均相电催化剂调控策略进行了清晰的分类,总结了最新的研究进展,分析了不同调控策略对于促进多硫化物转化的内在机制,最后对未来锂硫电池电催化剂的发展进行了展望.     

晚期肾癌靶免联合治疗的中国新声

<正>近几年来,晚期转移性肾细胞癌的药物治疗进入了一个新的时代,靶向药物联合免疫治疗和免疫联合治疗已经成为晚期肾癌治疗的优选方案^[1].国外Ⅲ期临床研究证实,免疫联合方案在客观反应率(objective response rate, ORR)、无进展生存时间(progression-free survival, PFS)和总生存(overall survival, OS)上要远远优于单纯靶向治疗^[2～6].然而,     

Aulr@InGaN纳米组装体人工光合成C2+燃料联产H2O2

<正>以太阳光为能量输入,二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)为原料,经人工光合作用合成可再生燃料和化学品,为解决能源危机和气候变化等核心挑战提供了一条有潜力的策略^[1].与电催化、热催化和生物催化等固碳方式相比,光催化具有配置简单、成本低廉或环境友好等优点.然而,在无牺牲剂和无外加热能或者电能的条件下,