革命性催化剂涂层技术在短短4分钟内大幅提升燃料电池性能

革命性催化剂涂层技术在短短4分钟内大幅提升燃料电池性能 一个合作研究小组开发出一种新型催化剂涂层技术，只需四分钟就能将固体氧化物燃料电池的性能提高三倍，为能源转换技术带来了潜在的进步。资料来源：韩国能源研究所（KIER）该技术采用纳米级氧化镨催化剂，针对空气电极的氧还原反应，显著提高了 SOFC 的功率输出。这种新方法既经济又与现有制造工艺兼容，有望得到更广泛的应用，包括高温电解制氢。韩国能源研究所（KIER）氢聚合材料实验室的 Yoonseok Choi 博士与韩国科学技术院（KAIST）材料科学与工程系的 WooChul Jung 教授和釜山国立大学材料科学与工程系的 Beom-Kyung Park 教授一起，成功开发出一种催化剂涂层技术，可在短短 4 分钟内显著提高固体氧化物燃料电池（SOFC）的性能。作为推动氢经济发展的高效清洁能源设备，燃料电池正受到越来越多的关注。其中，固体氧化物燃料电池（SOFC）的发电效率最高，可使用氢气、沼气和天然气等各种燃料。此外，它们还可以利用发电过程中产生的热量，实现热电联产，因此成为目前研究和开发的热点。SOFC 的 LSM-YSZ 电极电化学涂层工艺示意图。资料来源：韩国能源研究院（KIER）固体氧化物燃料电池（SOFC）的性能在很大程度上取决于发生在空气电极（阴极）上的氧还原反应（ORR）动力学。空气电极的反应速率慢于燃料电极（阳极）的反应速率，从而限制了整体反应速率。为了克服这种缓慢的动力学特性，研究人员正在开发具有高 ORR 活性的新型空气电极材料。然而，这些新材料一般仍缺乏化学稳定性，需要不断进行研究。联合研究小组照片（最右边为高级研究员 Yoon-Seok Choi）。资料来源：韩国能源研究院（KIER）研究团队将重点放在提高 LSM-YSZ 复合电极的性能上，这种材料因其出色的稳定性而被广泛应用于工业领域。因此，他们开发了一种在复合电极表面涂覆纳米级氧化镨（PrOx）催化剂的涂层工艺，这种催化剂能积极促进氧还原反应。通过应用这种涂层工艺，他们显著提高了固体氧化物燃料电池的性能。研究小组引入了一种电化学沉积方法，该方法可在室温和大气压力下运行，无需复杂的设备或工艺。将复合电极浸入含有镨（Pr）离子的溶液中并施加电流，电极表面产生的氢氧根离子（OH-）会与镨离子发生反应，形成沉淀，均匀地覆盖在电极上。该涂层经过干燥过程，转化为氧化物，在高温环境中保持稳定并有效促进电极的氧还原反应。整个涂层过程只需 4 分钟。此外，研究小组还阐明了涂层纳米催化剂促进表面氧交换和离子传导的机制。他们提供的基本证据表明，催化剂涂层方法可以解决复合电极反应速率低的问题。通过对所开发的催化剂涂层复合电极和传统复合电极进行超过 400 小时的操作，研究小组观察到极化电阻降低了十倍。此外，在 650摄氏度的条件下，使用这种涂层电极的 SOFC 的峰值功率密度（142 mW/cm² → 418 mW/cm²）是未涂层情况下的三倍。这代表了使用 LSM-YSZ 复合电极的 SOFC 的最高性能。共同通讯作者 Yoonseok Choi 博士说："我们开发的电化学沉积技术是一种后处理方法，不会对现有的 SOFC 制造工艺产生重大影响。这使得引入氧化物纳米催化剂具有经济可行性，提高了其工业应用性。我们已经掌握了一项核心技术，它不仅可以应用于 SOFC，还可以应用于各种能量转换设备，例如用于制氢的高温电解 (SOEC)。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

酷热任务的冷却涂层：NISAR 的最后准备工作

酷热任务的冷却涂层：NISAR 的最后准备工作 如图所示，NISAR 将使用两个雷达系统来监测地球上几乎所有陆地和冰面的变化。这颗卫星标志着美国和印度太空机构首次合作开发地球观测任务的硬件。图片来源：NASA-JPL/加州理工学院最后准备工作和技术改进发射前要完成的工作包括对卫星上直径 39 英尺（12 米）的雷达天线反射器的硬件部件进行特殊涂层，这是 NASA 对此次任务的主要贡献之一。添加特殊涂层是一项预防措施，目的是减轻可能影响反射器部署的任何温度升高。测试和分析表明，反射器在飞行中的收起状态有可能比之前预计的温度更高。运行细节和科学目标在科学运行期间，这个巨大的反射器将向地球表面发射和接收微波信号，使 NISAR 能够每 12 天扫描地球上几乎所有的陆地和冰面两次，以收集科学数据。正在添加的特殊涂层将通过反射器硬件反射更多的太阳辐射来限制温度。由于反射器的尺寸和复杂性，它正从印度空间研究组织在印度组装卫星的地点运往加利福尼亚州的一个专门设施进行涂层处理。一旦涂层的热性能得到充分验证，就将确定发射准备日期。反射器返回印度后，美国宇航局喷气推进实验室和印度空间研究组织的团队将把它集成到卫星上。NISAR 的意义和能力NISAR是NASA和印度空间研究组织在地球观测任务上的首次硬件合作，是一颗功能强大、独具开拓性的卫星。通过结合两种合成孔径雷达，它将提供地球表面演变的测量数据，包括冰原和冰川、湿地和森林以及火山和地震断层周围陆地的变化。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

面对金属纳米粒子喷雾 病原体空气传播感染风险骤降

面对金属纳米粒子喷雾 病原体空气传播感染风险骤降 麻疹流感、SARS、MERS.……只要想到一种重大传染病，它就有可能是通过空气传播的病原体。目前，COVID-19 和肺结核是世界上最致命的传染病，而这两种疾病都是通过空气传播的。因此，要降低疾病在人群中传播的风险，最重要的是开发出能将传染性病菌从空气中驱除的解决方案。因此，西班牙的研究人员与西班牙空气过滤器制造商 Venfilter 合作，研究是否有一种喷涂涂层可以提高市售空气过滤器的抗病能力。研究小组尝试了三种金属化合物：氧化银、氧化铜和氧化锌。他们分别制作了一种含有这些化合物纳米颗粒的喷雾剂，并将其喷洒在过滤器上。他们发现，氧化银和氧化铜喷雾的抗病毒活性都超过了 99%，其中氧化银喷雾还能在研究的 24 小时内完全阻止细菌生长。他们还发现，这种喷雾不会影响过滤器正常清除空气中其他微粒的效果。最令人鼓舞的是，作者发现所使用的Ag2O和 CuO 复合物都具有完全的抗病毒活性（大于 99%），其中Ag2O过滤器提取物还在研究测量的 24 小时培养期内完全阻止了目标细菌的生长。研究人员认为，这种涂层可以有效抵御多种空气传播的病原体，但在这项研究中，他们特别关注了两种病原体：肺炎链球菌和绿脓杆菌。"肺炎双球菌和铜绿假单胞菌被认为是导致全球死亡的五大细菌病原体之一，"该研究的合著者莫妮卡-埃切维里-伦东（Mónica Echeverry-Rendón）说。"肺炎链球菌是社区获得性细菌性肺炎、儿童急性中耳炎和非流行性脑膜炎的主要病原体。而铜绿假单胞菌通常与囊性纤维化和支气管扩张患者的慢性感染反复加重有关"。我们已经看到金属氧化物在生物活性玻璃和热激活程序中的抗病毒效果，这些程序旨在破坏生物膜，还出现了一种光活化箔片用于提高 HEPA 空气过滤器消灭有害细菌的功效。与这些先进技术一样，新型喷涂涂层在投入商业应用之前还需要进一步开发。Echeverry-Rendón 说："虽然目前取得的成就在科学层面上意义重大，但要在工业层面上实现商业化，还有很长的路要走。未来的工作中需要考虑不同的方面和进一步的测试......以便随着时间的推移，使用带密封框架的实际尺寸过滤器原型，对涂层效果和过滤器性能进行全面鉴定。"目前的研究发表在《材料化学与物理学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

德国化学家成功合成含有两种不同金属原子的二茂金属

德国化学家成功合成含有两种不同金属原子的二茂金属 茂金属化学的进步导致了"杂多金属"夹层分子的合成，这种分子的创造具有挑战性，但却为新的化学发现和工业应用提供了潜力。安德烈-舍费尔（André Schäfer）和英格-比绍夫（Inga Bischoff）在实验室中与他们的新型二茂金属样品。图片来源：萨尔州大学/Thorsten Mohr没有人确切知道目前有多少种三明治分子，但数量肯定数以千计。它们都有一个共同点：在两个碳原子的扁平环之间有一个金属原子。至少在 2004 年之前，人们一直是这么认为的，直到塞维利亚大学的一个研究小组有了惊人的发现。长期以来，这种含有两个锌原子的"二茂金属"一直是同类作品中的佼佼者，直到去年英国的一个研究小组成功合成了一种非常类似的含有两个铍原子的分子。但现在，德国萨尔州大学安德烈-舍费尔博士研究小组的博士生英格-比肖夫（Inga Bischoff）又向前迈进了一大步。她成功地在实验室中合成了世界上第一个"异双金属"夹层复合物一种含有两种不同金属原子的二茂金属。理论与实践的突破2004 年发现第一个茂金属后不久，理论研究表明它不一定要含有两个完全相同的金属原子，含有两个不同金属原子的复合物也应该是稳定的。这些预测是在利用功能强大的计算机进行量子化学建模计算的基础上得出的。尽管预测了这种分子的稳定性，但在英格-比绍夫取得目前的突破之前，所有在实验室中制造这种分子的尝试都没有成功。"当你意识到手中握着的是什么时，你会感到非常兴奋和特别。肉眼看上去，它只是另一种白色粉末。但我仍然清楚地记得，当我们第一次在电脑屏幕上看到实验测定的分子结构时，我们知道我们有了一个含有两种不同金属原子的三明治分子，"安德烈-舍费尔博士说。"选择哪种碳环和在碳环之间包围哪种金属原子一样重要。这一点至关重要，因为环状碳环和金属原子的电子结构必须相互匹配，我们的'异双金属二茂金属'中包含的金属是锂和铝。计算预测这两种金属将是合适的候选金属，因为它们的电子结构在某些意义上与两个锌原子的电子结构相似，我们知道这两种金属可以形成稳定的二茂金属。"但是，听起来简单明了的事情却花了几个月的时间才实现。事实证明，这种分子非常活跃，只能在惰性氮气或氩气毯下合成、储存和分析。如果它接触到空气，就会直接分解。一旦合成了这种分子，就需要对其进行表征，这就需要萨尔州大学的整个科学家团队的参与。他们的工作成果现已发表在备受推崇的《自然-化学》杂志上。"我们的杂多金属二茂金属实际上代表了一类全新的夹层分子。"小组负责人 André Schäfer 博士说："谁知道呢，也许有一天它也会被写进学生的教科书中。但首先，我们需要进一步研究它。目前，我们对它的结构有了很好的了解，但对它的反应性仍然知之甚少。如果我们找到其他合适的金属原子组合，将来很可能合成出其他夹杂多金属的二茂金属。"1973 年，德国化学家恩斯特-奥托-费舍尔（Ernst Otto Fischer）和英国化学家杰弗里-威尔金森（Geoffrey Wilkinson）获得诺贝尔奖，以表彰他们在有机金属（即所谓的夹心化合物）化学方面独立完成的开创性工作，这凸显了这类分子的巨大意义。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

超黑薄膜涂层可应用于航空航天和光学领域 为下一代望远镜创造可能

超黑薄膜涂层可应用于航空航天和光学领域 为下一代望远镜创造可能 在 AIP 出版社出版的《真空科技 A》杂志上，上海理工大学和中国科学院的研究人员开发出了一种用于航空航天级镁合金的超黑薄膜涂层。他们的涂层能吸收 99.3% 的光线，同时经久耐用，足以在恶劣条件下生存。对于在真空空间中运行的望远镜或在极端环境中使用的光学设备来说，现有的涂层往往是不够的。"现有的黑色涂层，如垂直排列的碳纳米管或黑硅，都受到易碎性的限制，"作者曹韫真博士说。"许多其他镀膜方法也很难在管内或其他复杂结构上进行镀膜。这对于它们在光学设备中的应用非常重要，因为它们通常具有明显的曲率或复杂的形状。"为了解决这些问题，研究人员转而采用原子层沉积（ALD）技术。利用这种基于真空的制造技术，将目标放置在真空室中，然后依次接触特定类型的气体，这些气体会以薄层形式附着在物体表面。曹说："ALD方法的一大优势在于其出色的阶跃覆盖能力，这意味着我们可以在圆柱、支柱和沟槽等非常复杂的表面上获得均匀的薄膜覆盖。"为了制作超黑涂层，研究小组交替使用了掺铝碳化钛（TiAlC）和氮化硅（SiO2）。这两种材料共同作用，几乎可以阻止所有光线从涂层表面反射出来。"TiAlC作为吸收层，而SiO2则用于创建抗反射结构。因此，几乎所有的入射光都被截留在多层薄膜中，实现了高效的光吸收。在测试中，研究小组发现，从 400 纳米的紫外线到 1000 纳米的近红外线，各种波长光的平均吸收率为 99.3%。通过使用特殊的阻隔层，他们甚至可以将涂层应用到镁合金上，镁合金通常用于航空航天领域，但很容易被腐蚀。此外，这种薄膜在恶劣环境中表现出超强的稳定性，足以承受摩擦、高温、潮湿环境和极端温度变化。作者希望他们的涂层能用于增强在最极端条件下工作的太空望远镜和光学硬件，并正在努力进一步提高其性能。曹说："现在，这种薄膜可以吸收 99.3% 以上的入射可见光，我们希望进一步扩大它的光吸收范围，将紫外线和红外线区域也包括在内。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员利用分子混沌技术创造出更加有效的疏冰涂层

研究人员利用分子混沌技术创造出更加有效的疏冰涂层 研究报告的共同作者加布里埃尔-埃尔南德斯-罗德里格斯展示了厚度仅为 300-500 纳米的防冰涂层研究人员着手改进疏冰涂层工艺。他们使用了一种称为化学气相沉积（iCVD）的制造技术。它的工作原理是将两种物质作为气体施加到需要涂层的表面上。多年来，从将二氧化碳转化为石墨烯到制造更好的锂离子电池，该工艺已被广泛应用。在这种情况下，一种高粘合力的底漆与一种疏冰聚合物结合在一起。当气体铺设到表面时，它主要由底漆组成，这使得它能够与表面形成超强的粘合力。随着喷涂过程的继续，研究人员将抗冰材料的用量从零增加到 100%，这样就形成了一种双层涂层，其下层具有很强的粘合力，而外层则能阻止冰晶的形成。研究人员说，产生这种破冰效果的机制以前从未见过。他们发现，涂层中的分子以随机的水平和垂直模式排列，阻碍了冰的形成。该研究的合著者、格拉茨理工大学固体物理研究所的加布里埃尔-埃尔南德斯-罗德里格斯解释说："疏冰材料由拉长的分子组成，这些分子以垂直或水平的方向附着在底漆上。我们涂抹的材料越厚，垂直和水平分子之间的交替就越随机。表面的排列越随机，驱冰效果就越大"。研究小组能够证明，其涂层不仅能够减少冰的附着力，还能降低水接触涂层时的冰点。寒冷气候下的车主可以梦想着用这种喷雾给车窗涂上一层霜，让冰天雪地的早晨变得轻松一些，而研究人员对这种喷雾还有其他想法，比如加快飞机除冰的速度，让精密的传感设备免受霜冻的影响。这项研究发表在《ACS 应用材料与界面》杂志上 。 ... PC版： 手机版：