事件一：深圳先進(jìn)院研發(fā)出高氮摻雜的多孔微晶碳鉀電負(fù)極材料

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊聯(lián)合香港城市大學(xué)教授李振聲成功研發(fā)出高氮摻雜的多孔微晶碳納米材料，其作為鉀離子電池負(fù)極表現(xiàn)出高容量和長循環(huán)特性。

由于鉀儲量豐富、與鋰接近的標(biāo)準(zhǔn)氫電極電勢等特性，使得鉀基儲能器件在規(guī)模化儲能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于鉀離子的離子半徑較大，不僅阻礙了其在電極材料中的嵌入或脫出，動力學(xué)緩慢，還會導(dǎo)致電極材料發(fā)生較大的體積變化，使得循環(huán)穩(wěn)定性較差。因此，亟待開發(fā)針對于鉀離子存儲的高效低成本電極活性材料。

基于上述考慮，唐永炳及其團(tuán)隊成員常興奇、周小龍、歐學(xué)武等人成功研發(fā)出高氮摻雜的多孔微晶碳納米材料，其多孔結(jié)構(gòu)有利于鉀離子的快速擴(kuò)散，而含有大量微晶碳納米片有利于鉀離子的插層與吸附。研究表明：這種高氮摻雜微晶碳納米材料的電化學(xué)反應(yīng)為擴(kuò)散反應(yīng)與贗電容反應(yīng)協(xié)同作用機(jī)理，其作為鉀電負(fù)極具有410mA·h/g的高容量，并且在5A/g的大電流密度下可逆循環(huán)3000次后的容量保持率約為70%。該工作為設(shè)計高性能鉀電負(fù)極材料提供了新策略。

高氮摻雜微晶碳的結(jié)構(gòu)及儲鉀性能：（a）SEM形貌表征（b）TEM顯微結(jié)構(gòu)

（c）XPS成分分析（d）低電流密度下的電池容量（e）5A/g大電流下的長循環(huán)性能

事件二：我國學(xué)者首次合成螺旋手性碳納米管片段

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)平武教授課題組首次合成了螺旋手性碳納米管片段，并對其強(qiáng)圓偏振發(fā)光（CPL）性質(zhì)進(jìn)行了深入研究。該成果日前發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

由于其突出的機(jī)械、電學(xué)以及光學(xué)性質(zhì), 碳納米管材料在納米科技和電子學(xué)領(lǐng)域中扮演著非常重要的角色。然而，傳統(tǒng)的制備方法難以控制碳納米管的生長，只能得到金屬納米管和半導(dǎo)體納米管的隨機(jī)混合物。利用有機(jī)化學(xué)自下而上的合成方法是制備高純度碳納米管的理想策略之一。管狀非平面共軛大環(huán)化合物因其大的π體系、確定的尺寸和形狀而受到越來越多的關(guān)注。由于不存在鏈端效應(yīng)且具有高的對稱性和應(yīng)變能，π共軛大環(huán)化合物表現(xiàn)出卓越的光電學(xué)性能，在有機(jī)光電領(lǐng)域的應(yīng)用方面顯示出巨大的潛力。特別是具有大的不對稱因子和高PL量子產(chǎn)率的手性共軛大環(huán)化合物，是手性光學(xué)應(yīng)用的理想選擇。但迄今為止，合成具有特定尺寸和直徑的全π共軛手性納米管片段仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

科研人員基于前期在碳納米管新結(jié)構(gòu)合成和光物理性質(zhì)方面的系列工作，巧妙地利用蒽作為多環(huán)芳烴構(gòu)筑單元，首次合成了螺旋手性碳納米管片段；隨后通過紫外可見、熒光、核磁共振、圓二色性和CPL光譜，結(jié)合理論計算研究了其光物理性質(zhì)。與平面蒽單體相比，該手性π共軛大環(huán)在吸收光譜和發(fā)射光譜中均顯示出顯著的紅移，并且顯示出極強(qiáng)的圓偏振發(fā)光，比目前報道的最好的CPL活性材料提高了100倍以上。

這一成果實(shí)現(xiàn)了新型螺旋手性管狀共軛材料合成，并為設(shè)計制備高CPL活性材料和利用其做模板制備單一手性碳納米管提供了新思路。

事件三：原位碳納米管/鋁酸鈣水泥（CNTs/CAC）開發(fā)成功

含碳澆注料在施工與應(yīng)用過程中存在的主要問題為：石墨水潤濕性差、不易分散且易于氧化，導(dǎo)致澆注料抗渣侵蝕性與抗熱震性變差。為了改善所存在的問題，相關(guān)機(jī)構(gòu)開發(fā)出了一種新型水泥結(jié)合劑——原位碳納米管/鋁酸鈣水泥（CNTs/CAC）

CNTs/CAC水泥呈黑色粉末狀，燒失后具有與Secar71相近的相組成，其燒失后物相含量為：CA 57.46% ~ 61.96%、CA2 38.04%~42.54%；同時隨著催化劑含量的增加，水泥中碳含量逐漸提高（≥20%）且碳的結(jié)晶度增加。

CNTs/CAC水泥中鋁酸鈣相生長完整，小顆粒團(tuán)聚組成為40μm~60μm的顆粒。碳存在于鋁酸鈣的晶粒之間，為納米線網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)HRTEM（高分辨率透射電鏡）分析，該水泥生成竹節(jié)狀多壁碳納米管，管壁層數(shù)較多，長徑比較大；碳納米管管壁厚度約為10 nm，晶面條紋間距為0.342 nm，為碳的(002)晶面。

對比研究證實(shí)，CNTs/CAC的水分散性明顯優(yōu)于Secar71+20%炭黑機(jī)械混合試樣，且碳納米管與水泥結(jié)合較好。以CNTs/CAC為結(jié)合劑和碳源部分代替球形瀝青，并保持相同的碳含量，制備Al2O3-SiC-C質(zhì)澆注料。CNTs/CAC與Secar71結(jié)合的澆注料經(jīng)1100 ℃和1450 ℃ 3 h燒后的常溫抗折與耐壓強(qiáng)度均處于同一水平。CNTs/CAC結(jié)合澆注料中的碳材料的抗氧化性明顯優(yōu)于Secar71水泥結(jié)合的試樣。

CNTs/CAC水泥中碳的水潤濕性較好，與鋁酸鈣結(jié)合也更為緊密，這提高了碳材料的分散性；其結(jié)合的Al2O3-SiC-C耐火澆注料的抗氧化性突出，力學(xué)性能穩(wěn)定，說明可作為一種成熟的含碳澆注料結(jié)合劑。

粉體圈 整理