麻省理工大學(xué)研究人員研發(fā)鈣鈦礦量子點(diǎn)單光子源

目前，全球的科研人員都在探索以量子物理為基礎(chǔ)的實(shí)用計(jì)算和通信技術(shù)，單光子源具有恒定、可預(yù)測(cè)和穩(wěn)定的特性，被認(rèn)為具有巨大的應(yīng)用前景。麻省理工大學(xué)和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的研究人員表示，他們?cè)趩喂庾釉囱芯糠矫孢~出了重要的一步。

該研究團(tuán)隊(duì)使用鈣鈦礦材料制造量子點(diǎn)單光子源，研究?jī)?nèi)容發(fā)表在《Science》雜志上。論文作者包括麻省理工大學(xué)研究生院化學(xué)系學(xué)生Hendrik Utzat、教授Moungi Bawendi以及9位麻省理工和蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的學(xué)生。由于光子之間的量子特性難以區(qū)分，所以產(chǎn)生確定（波長(zhǎng)、顏色）和穩(wěn)定（不受環(huán)境影響產(chǎn)生波動(dòng)）的單光子是量子點(diǎn)單光子源至關(guān)重要的能力。例如，它可以改變其中一個(gè)光子的相位，然后與其他光子相互作用產(chǎn)生干涉。

化學(xué)膠體量子點(diǎn)材料的相干時(shí)間非常的短，但是研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，利用鈣鈦礦（鈣鈦礦是由其晶體結(jié)構(gòu)定義的一類(lèi)材料）制造量子點(diǎn)，其產(chǎn)生的相干性比之前的材料好上千倍。這些鈣鈦礦膠體量子點(diǎn)的相干性已經(jīng)接近既定的發(fā)射水平。研究人員發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦在受到激光的激發(fā)后能夠很快的發(fā)射出光子。這一優(yōu)點(diǎn)可能是量子計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵性質(zhì)，并且它與周?chē)h(huán)境的相互作用非常小，提升了其相干性和穩(wěn)定性。Bawendi說(shuō)：“利用相干光子的糾纏特性可以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子通信的加密，這是一種能夠識(shí)別攔截且絕對(duì)安全的通信方法。”目前，研究團(tuán)隊(duì)的下一步工作是要優(yōu)化和改進(jìn)這些特性，使其具有擴(kuò)展性和實(shí)用性。首先，它們需要在產(chǎn)生的光子中實(shí)現(xiàn)100%的不可分辨。到目前為止，它們已經(jīng)達(dá)到了20%，Utzat說(shuō)：“這是非常顯著的進(jìn)步，已經(jīng)可以與其他材料（已經(jīng)建立了系統(tǒng)且使用了很長(zhǎng)時(shí)間的材料）相媲美了。”（工業(yè)和信息化部電子第一研究所）

借助液態(tài)金屬電催化劑 室溫下氣態(tài)二氧化碳可轉(zhuǎn)化為碳電池

科學(xué)家研發(fā)了一種液態(tài)金屬電催化劑，可在室溫下將氣態(tài)二氧化碳（CO2）轉(zhuǎn)化為固體碳材料，并用于能量?jī)?chǔ)存。該方法將為去除大氣中的二氧化碳作貢獻(xiàn)，成為可行的“負(fù)碳排放”技術(shù)。人類(lèi)的任何活動(dòng)都有可能造成碳排放，而溫室氣體中最主要的氣體就是二氧化碳。因此“負(fù)碳排放”技術(shù)對(duì)于維持未來(lái)氣候的穩(wěn)定至關(guān)重要，但二氧化碳這一氣體形態(tài)給溫室氣體的長(zhǎng)期封存帶來(lái)了困難。雖然目前很多研究都專(zhuān)注于將二氧化碳還原成高附加值產(chǎn)品，如化學(xué)原料和燃料，但這些方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)永久性碳捕捉（因?yàn)楹铣傻娜剂现粫?huì)被用來(lái)燃燒）。

此次澳大利亞新南威爾士大學(xué)研究人員克羅什·卡蘭特-扎德、多那·艾絲拉菲澤德團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種液態(tài)金屬電催化劑，可以在室溫下將氣態(tài)二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為含碳固體。這一液態(tài)金屬催化劑基于無(wú)毒鎵合金，能防止結(jié)焦，即固碳吸附于催化劑表面，降低催化劑的活性。研究團(tuán)隊(duì)隨后將收集得到的固體產(chǎn)物制成超級(jí)電容，該超級(jí)電容器未來(lái)有望成為輕量級(jí)電池材料。研究人員指出，此前的碳納米材料制備方法通常需要幾百攝氏度的高溫，而他們研發(fā)的技術(shù)可以幫助降低二氧化碳轉(zhuǎn)化的高能耗需求。科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究對(duì)于去除大氣中的二氧化碳具有重要應(yīng)用價(jià)值。（科技日?qǐng)?bào)）

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合成新型有機(jī)化合物用作儲(chǔ)氫材料

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所副研究員何騰、研究員陳萍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與廈門(mén)大學(xué)教授吳安安、美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Tom Autrey等合作，在儲(chǔ)氫材料研究方面取得新進(jìn)展。

氫以其能量密度高、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，一直被認(rèn)為是能量?jī)?chǔ)存和運(yùn)輸?shù)睦硐胼d體。然而，缺乏安全高效的儲(chǔ)氫介質(zhì)被認(rèn)為是氫能應(yīng)用技術(shù)的瓶頸。為此，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新策略：利用金屬的電負(fù)性差異，修飾有機(jī)儲(chǔ)氫材料的電子性質(zhì)，合成出了一類(lèi)新穎的有機(jī)—無(wú)機(jī)雜化儲(chǔ)氫體系——金屬有機(jī)化合物。研究人員利用具有較強(qiáng)供電子性質(zhì)的堿金屬或堿土金屬改性有機(jī)儲(chǔ)氫材料，發(fā)現(xiàn)其環(huán)中電子密度明顯增加，從而有效降低了有機(jī)材料的脫氫焓變。同時(shí)理論計(jì)算表明，通過(guò)選擇不同的金屬，可以可控地調(diào)變材料的脫氫焓變，從而在熱力學(xué)上控制材料的脫氫溫度。這項(xiàng)工作以鈉修飾的苯酚—環(huán)己醇為例，計(jì)算發(fā)現(xiàn)其脫氫焓變可以從64.5kJ/ mol-H2降低為50.4kJ/mol-H2；此外，隨著金屬給電子能力增強(qiáng)，環(huán)己醇鈉α位C-H鍵鍵長(zhǎng)增加，二者呈線性關(guān)系，這說(shuō)明材料經(jīng)過(guò)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化后，已經(jīng)被活化，并且脫氫過(guò)程中α位C-H鍵優(yōu)先斷裂。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，苯酚鈉—環(huán)己醇鈉體系可以在150℃、商業(yè)催化劑下完成可逆儲(chǔ)氫循環(huán)，將材料溶解于水中進(jìn)行儲(chǔ)氫循環(huán)反應(yīng)后，可以進(jìn)一步將材料的加脫氫溫度降低至100℃以下。這相對(duì)于常見(jiàn)的液態(tài)有機(jī)儲(chǔ)氫材料有明顯的降低，該類(lèi)金屬有機(jī)化合物可以在常溫常壓下存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫氣，避免高壓氣罐帶來(lái)的危險(xiǎn)。（中國(guó)科學(xué)報(bào)）

中國(guó)科學(xué)家在鋅-空氣電池研究方面獲得進(jìn)展

能源是人類(lèi)文明進(jìn)步和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著化石能源的逐漸消耗和日益突出的環(huán)境污染問(wèn)題，人類(lèi)對(duì)綠色、清潔、可再生能源的需求急劇增長(zhǎng)。水分解、燃料電池、金屬-空氣電池等高效、低成本能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換技術(shù)的開(kāi)發(fā)已成為研究的前沿領(lǐng)域。其中，鋅—空氣電池使用水系電解液具有低成本、安全、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，理論能量高達(dá)1 084Wh/kg，有望成為新一代儲(chǔ)能設(shè)備。根據(jù)使用需求，鋅-空氣電池可以做成一次電池、可充放電電池以及柔性電池。鋅-空氣電池的放電過(guò)程涉及氧還原反應(yīng)（ORR），而充電過(guò)程涉及析氧反應(yīng)（OER）。目前Pt基催化劑是優(yōu)良的ORR催化劑，Ir和Ru基催化劑在OER反應(yīng)中具有優(yōu)異的催化性能，但是鉑族元素在地殼中儲(chǔ)量稀少、價(jià)格昂貴，穩(wěn)定性差，且功能單一。因此，開(kāi)發(fā)低成本、高效、穩(wěn)定的非貴金屬催化劑對(duì)于鋅-空氣電池的商業(yè)化推廣具有重要意義。

單原子催化劑具有高的本征活性、最大化的原子利用效率以及特定的催化劑結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，基于單原子催化劑的制備、表征和催化性能研究成為能源、材料和催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。非貴金屬的Fe基、Co基、Ni基、Mn基單原子催化劑顯示出優(yōu)異的電催化性能，有望成為鉑族貴金屬催化劑的替代材料。特別是Fe基單原子催化劑在堿性條件下的ORR反應(yīng)中具有優(yōu)于Pt基催化劑的性能，表現(xiàn)出更高的半波電位、更大的極限電流密度和擴(kuò)散電流密度。

近日，在中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所孫春文研究員課題組，韓軍興副研究員等人基于金屬一有機(jī)框架材料（MOF）包覆和高溫裂解技術(shù)成功制備了單原子Fe基催化劑。該工作以二價(jià)的FeSO4作為Fe前軀體；1，10-鄰菲羅啉作為有機(jī)配體（Phen），通過(guò)與Fe2+離子配位形成有機(jī)復(fù)合物（Fe-Phen）。在MOF晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，有機(jī)復(fù)合物分子（Fe-Phen）被原位包覆在具有分子尺寸的納米腔體中，彼此被MOF骨架隔離開(kāi)。在Ar氣氛下經(jīng)過(guò)900℃高溫焙燒后得到單原子分散的Fe基催化劑。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明單原子Fe基催化劑在ORR反應(yīng)中的半波電位高達(dá)0.91 V，比傳統(tǒng)的Pt/C催化劑高90 mV，并且優(yōu)于目前文獻(xiàn)中報(bào)道的絕大多數(shù)催化劑；電化學(xué)活性表面積約是商業(yè)Pt/C催化劑的兩倍。將單原子Fe基催化劑用作一次鋅-空氣電池的正極催化劑，電池開(kāi)路電壓高達(dá)1.51 V，優(yōu)于Pt/C催化劑（1.45 V）；功率密度達(dá)到96.4 mW/cm2；以10 mA/cm2的電流密度進(jìn)行放電，一次鋅-空氣電池可以在1.28 V的放電電壓下穩(wěn)定運(yùn)行2 000 min以上。（中國(guó)科學(xué)院）

高能鋰離子電池“雙重修飾”正極材料合成

近日，長(zhǎng)沙理工大學(xué)副教授李靈均與廈門(mén)大學(xué)張橋保、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陸俊、內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等海內(nèi)外教授及團(tuán)隊(duì)合作完成了一項(xiàng)工作，通過(guò)第一性原理計(jì)算為指導(dǎo)，同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的“雙重修飾”富鎳三元正極材料。這種簡(jiǎn)單高效的合成方法，將有望大大降低高性能富鎳三元材料的生產(chǎn)門(mén)檻。成果日前發(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)功能材料》上。

團(tuán)隊(duì)從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表面的遷移勢(shì)壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭逃離至表面的狀態(tài)，為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，他們合理設(shè)計(jì)并同步合成了“雙重修飾”的富鎳三元材料。材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學(xué)性能。在60℃高溫循環(huán)150次后，雙重修飾材料的容量保持率，比純相富鎳材料提高了近兩倍。在采用全場(chǎng)透射X射線顯微成像對(duì)循環(huán)前/后的正極材料進(jìn)行可視化研究后，團(tuán)隊(duì)證明“雙重修飾”可抑制正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過(guò)程中微裂紋擴(kuò)展，循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到了有效抑制，從而顯著提升了材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

這一發(fā)現(xiàn)為富鎳三元材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供了新思路和理論指導(dǎo)，有助于高能量密度鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展。（科技日?qǐng)?bào)）

新型發(fā)光碳材料在光伏封裝行業(yè)應(yīng)用的新進(jìn)展

光伏發(fā)電有望成為未來(lái)的主流能源，而無(wú)論是目前通用的晶硅電池或者是研究熱門(mén)的鈣鈦礦電池，都需要將電池進(jìn)行封裝，以保證其耐候性及穩(wěn)定性。封裝材料會(huì)對(duì)光伏發(fā)電的效果有顯著影響，例如封裝用的高透玻璃及封裝膠對(duì)紫外波段有極強(qiáng)的阻隔，俗稱(chēng)光伏器件的光學(xué)損失。為了解決以上光學(xué)損失問(wèn)題，課題組利用碳量子點(diǎn)的紫外吸收及高熒光特性，并采用乳液分散法解決了碳量子點(diǎn)在固態(tài)下熒光湮滅的難題，制備出的一種固態(tài)透明復(fù)合材料層，可以通過(guò)涂覆等方法固定在組件玻璃上，其熒光轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20%。因?yàn)樘剂孔狱c(diǎn)熒光特性得以保存，用含碳量子點(diǎn)的玻璃可以來(lái)調(diào)制太陽(yáng)能光譜，將被阻隔的紫外部分轉(zhuǎn)變成為可見(jiàn)光，增強(qiáng)了光伏器件的光吸收，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。實(shí)驗(yàn)中的小型晶硅光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率提高了0.4%，尤其是電流輸出得到了提高。（湖南大學(xué)）

歐盟大力推進(jìn)鎂電池研發(fā) 將有望替代鋰離子電池

德國(guó)烏爾姆亥姆霍茲研究所和卡爾斯魯厄理工學(xué)院正在共同開(kāi)發(fā)基于鎂的儲(chǔ)能技術(shù)。鎂電池是歐盟“展望2020”科研計(jì)劃下的項(xiàng)目，歐盟為此已投資超過(guò)650萬(wàn)歐元，匯集了歐洲10個(gè)科研機(jī)構(gòu)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，未來(lái)該項(xiàng)目如取得成功，將有望替代現(xiàn)有的鋰離子電池。

鎂電池與傳統(tǒng)鋰離子電池相比具有更多優(yōu)點(diǎn)。據(jù)烏爾姆亥姆霍茲研究所副主任、該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人馬克西米利·費(fèi)希特內(nèi)教授介紹，鎂是后鋰戰(zhàn)略重要候選材料之一，鎂作為陽(yáng)極材料，允許有較高的能量密度，鎂電池比鋰離子電池儲(chǔ)能效率更高、更便宜、更安全，鎂電池的廣泛可用性，對(duì)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)和分布式儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展具有決定性作用。烏爾姆亥姆霍茲研究所與卡爾斯魯厄理工學(xué)院以及德國(guó)航空航天中心等合作E-MAGIC項(xiàng)目，開(kāi)展鎂電池電化學(xué)概念的研究和設(shè)計(jì)。烏爾姆亥姆霍茲研究所科學(xué)家希望幫助合作伙伴了解材料層面的障礙和挑戰(zhàn)，并找到解決當(dāng)前障礙的新方法。負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)固態(tài)化學(xué)研究的趙志榮博士介紹說(shuō)，鎂電池面臨的特殊挑戰(zhàn)是使用壽命，這是目前需要重點(diǎn)攻關(guān)的內(nèi)容。但鎂電池確實(shí)有許多吸引人的特性，例如，鎂陽(yáng)極不會(huì)形成樹(shù)枝狀晶體，電極上的這種電化學(xué)沉積物可在鋰離子電池中形成針狀結(jié)構(gòu)，引起干擾甚至短路，而鎂沒(méi)有類(lèi)似的問(wèn)題，這就是為什么我們可以使用金屬形式的鎂，直接使用金屬鎂可以增加電池的存儲(chǔ)容量，提高電池的性能。除了安全性和能量密度更高之外，地球上的鎂元素比鋰豐富約3 000倍，且回收更簡(jiǎn)單。因此，鎂電池比鋰離子電池便宜，也有助于減少電池制造中對(duì)鋰原材料的依賴。隨著歐盟在開(kāi)發(fā)鎂電池方面取得進(jìn)步，還將有助于減少對(duì)亞洲電池制造商的依賴，并在歐洲建立具有競(jìng)爭(zhēng)力的電池制造業(yè)。（中國(guó)有色金屬報(bào)）

青海省新增3條鋰電池生產(chǎn)線

2月17日，青海時(shí)代新能源科技有限公司3條磷酸鐵鋰動(dòng)力及儲(chǔ)能電池生產(chǎn)線投料生產(chǎn)，為青海建成我國(guó)重要的鋰電產(chǎn)業(yè)基地，打造千億鋰電產(chǎn)業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該項(xiàng)目從設(shè)備安裝、調(diào)試到運(yùn)行，以及電力配套建設(shè)等只用了45天，開(kāi)創(chuàng)了西寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)項(xiàng)目建設(shè)速度的新紀(jì)錄。2018年青洽會(huì)期間，鋰電新能源汽車(chē)行業(yè)巨頭比亞迪宣布，持續(xù)加大對(duì)青海投資和完善鋰電產(chǎn)業(yè)布局。成功登陸創(chuàng)業(yè)板的鋰電動(dòng)力電池行業(yè)巨頭寧德時(shí)代相繼表示，在青海追加投資10億元，新增6條磷酸鐵鋰動(dòng)力及儲(chǔ)能電池生產(chǎn)線項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)西寧市政府、開(kāi)發(fā)區(qū)管委會(huì)的前期項(xiàng)目協(xié)調(diào)與寧德時(shí)代的積極推進(jìn)，其中3條生產(chǎn)線于2019年1月3日設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，從設(shè)備安裝到調(diào)試及開(kāi)車(chē)運(yùn)行，僅用了45天時(shí)間；南川工業(yè)園區(qū)管委會(huì)為確保項(xiàng)目運(yùn)行的電力供應(yīng)，只用了10天時(shí)間，就完成10kV供電線路的地勘、設(shè)計(jì)和施工等全部工作，并實(shí)現(xiàn)帶電運(yùn)行。該項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，時(shí)代新能源鋰電動(dòng)力電池產(chǎn)能6.5GWh，園區(qū)總產(chǎn)能達(dá)到13.5GWh，為青海千億鋰電產(chǎn)業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)區(qū)及南川工業(yè)園區(qū)圍繞比亞迪、青海時(shí)代新能源等鋰電龍頭企業(yè)，大力協(xié)調(diào)推進(jìn)后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)，擴(kuò)大鋰電產(chǎn)業(yè)規(guī)模。同時(shí)，主動(dòng)對(duì)接吉利集團(tuán)、長(zhǎng)城汽車(chē)鋰動(dòng)力電池工廠和深圳德方納米正極材料項(xiàng)目的落地，鞏固和提升園區(qū)現(xiàn)有企業(yè)規(guī)模。（西海都市報(bào)）