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International Forum on Advanced Materials
英国国家石墨烯研究院利用二维材料
构建海水淡化装置
▲二维材料已成功组装成具有最小可能的人造孔，
用于海水淡化装置
2017年10月26日，英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究院（NGI）通过官网发布消息称，NGI研究人员成功制造出一款拥有微小狭缝（slits）的新型膜材料，其狭缝仅为几埃（1A=0.1nm），利用这种材料可以开展各种离子如何通过这些微小狭缝孔隙的研究。
这些狭缝是由石墨烯、六方氮化硼（hBN）和二硫化钼（MoS2）制成的，令人惊讶的是，其允许直径大于狭缝尺寸的离子渗透通过。这类尺寸排除研究，将有助于更好地理解类似规模的生物过滤器，将有助于开发高通量过滤器的淡化水及相关技术。
对于对流体及其过滤行为感兴趣的科学家来说，能够以接近小离子和单个水分子尺寸进行孔隙尺寸的可控制造，是一个终极但看似遥远的目标。研究人员一直在试图模拟自然发生的离子运输系统，但这已经证明是不容易的。采用标准技术和常规材料的制造渠道已经被证实效果并不够好，因为材料表面的固有粗糙度通常至少比小离子的水合直径大十倍。
今年早些时候，NGI开发的基于石墨烯氧化物的膜材料受到相当大的关注，其可作为新型过滤技术的有前景候选材料。而当前这项研究表明了其有望通过淡化技术提供清洁饮用水。
为了更好地了解离子运输背后的基本机制，石墨烯诺贝尔奖获得者Andre Geim爵士教授率领一支研究团队制造出原子级别平坦的尺寸只有几埃的狭缝，这些狭缝通道是化学惰性的，平均壁厚为埃刻度级别。
研究人员用两个100nm厚的石墨晶片制造出狭缝装置。他们在一层石墨晶片的每个边缘处放置了双层石墨烯二维原子晶体的矩形片和单层的二硫化钼，而后将另一层石墨晶片放置在上方。
Andre Geim爵士教授对此给出了生动的解释：“就像拿一本书，在每个边缘放置两个火柴，然后再放上另一本书。这造成书与书表面之间的间隙，间隙的高度等于火柴的厚度。在我们的例子中，这些书是指原子平坦的石墨晶体，而火柴是指单层石墨烯或二硫化钼。”
这种材料由范德华力组装在一起，狭缝的大小与水通道蛋白（这对活生物体至关重要）的直径大致相同。狭缝已达到最小尺寸，通常具有较薄间隔的狭缝往往会因为相对壁面之间的吸引不稳定或失效而导致塌陷。
当把这种材料浸入离子溶液中时，如果在其上施加电压，则离子会流过该狭缝，并且该离子流将构成电流，研究人员测定了氯化物溶液通过狭缝时的离子电导率，发现在施加电场的条件下，离子可以按预期的方式移动。
领导这项实验工作的博士后研究员Gopi Kalon解释说：“当我们仔细观察时，我们发现较大的离子比较小的离子移动得更慢。”
研究论文的第一作者Ali Esfandiar博士补充说：“经典观点表明直径大于狭缝尺寸的离子不能渗透通过，但是我们的结果显示这个理论观点太简单了（并不准确）。实际上，离子像网球，而不是硬台球，而大的离子依然可以通过。通过扭曲它们的水壳（water shells）或者将其剥落掉。”
新研究成果发表至“Science（科学）”，表明这些新观察机制将对海水淡化起到关键性作用，通过使用尺寸排除是创建高通量水淡化膜材料的关键步骤。
九州大学首次利用近红外光
完成水制氢的实证实验
▲此次研究团队利用钌三核络合物和近红外光
生成氢气的模式图
2017年10月27日，由日本九州大学研究生院理学研究院/碳中和及能源国际研究所（WPI-I2CNER）/分子系统科学中心教授酒井健、助教山内幸正、研究生辻优太郎、山本启也等组成的研究小组宣布，他们首次成功利用非常低能的近红外光，从水中制备出了氢气。
利用太阳光从水中制备氢气这一方法具有绿色环保和可再生等优势，是解决最近全球面临的能源问题的有力手段。近年来，该方面研究也十分活跃。然而从目前的状况来看，传统利用太阳光制备氢气的方法只能够利用光波长到600nm为止的可视光，长期以来，都无法实现对太阳光能的充分利用。
在此背景下，九州大学的该研究小组利用分子内含有3个钌中心的金属络合物作为光捕获分子，成功借助近红外光实现了氢气生成反应，这在全球尚属首次。与传统方法相比，九州大学此次的研究成果能够利用其2倍的太阳光能，十分具有探讨价值。另外，这也是人工分子系统首次能够利用连天然光合作用都难以利用的长波长区域的光。该成果今后能够应用于有望实现实际应用的人工光合作用系统中。
研究团队发表评论说：“当我们借助近红外光这种肉眼看不到光照射在溶液上，并成功生成氢气时，我们内心充满了感动与惊喜。为了进一步发展人工光合成，我们今后也将继续加大力度推进相关研究。”
美国弗吉尼亚联邦大学开发更加安全的
锂离子电池技术
2017年10月27日，美国弗吉尼亚联邦大学（VCU）的研究人员正在努力提高锂离子电池的导电性和安全性，这些锂离子电池用于为世界各地的电子设备供电，包括笔记本电脑、iPod、卫星、人造心脏和手机等。
VCU人文科学学院物理系杰出教授Purg Jena表示：“目前锂离子电池采用液态电解质，液态电解质可以携带载流子，但也正是液态电解质的存在造成了锂离子电池的不稳定，这一缺点也是科学家可以预防的。”尽管具有这样的不稳定性，液态电解质因其具有更加优异的导电性而广泛在锂电池中使用。
Purg Jena与博士后研究员Hong Fang的理论研究表明，固态电解质不仅可以设计成和液体电解质具有一样的导电性，而且还可以非常的稳定。
电解质对于电池来说至关重要，是一种由正离子和负离子组成的盐。在锂离子电池中，正极锂离子通过电解质在电极之间流动。锂离子可以自由地通过液态电解质，但在固体电解质中移动较少，这对电导率有不利影响。
为了提高固态电解质的电导率，研究人员提出了一种去掉单一负离子的计算模型。负簇离子-具有比质子更多电子的原子团-代替少了的离子。
科学家们对其他研究人员先前测试的特定固态电解质进行了概念化。原来属于反钙钛矿的晶族电解质包含由三个锂原子和一个氧原子构成的正离子。正离子与负离子-单个氯原子相连接。
在计算模型中，氯原子被一个硼原子和连接到现有正离子的四个氟原子所产生的负簇离子代替。
Hong Fang说：“用簇离子替代氯离子会改善电导率，因为这些离子较大，并允许锂离子快速移动，就好像它们在液体中一样。”
为了锂离子电池的最终应用，Jena和Fang现在正在寻找合作者以测试他们在实验室环境中的计算模型。
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