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南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授鄧永紅團(tuán)隊(duì)針對(duì)下一代高能量密度鋰電池中面臨的鋰枝晶關(guān)鍵問題，在新型電解液開發(fā)和復(fù)合鋰負(fù)極研究的應(yīng)對(duì)策略方面取得新進(jìn)展。在新型電解液方面，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了具有雙重功效的新型環(huán)狀富氟鋰鹽，研究成果發(fā)表于能源材料類國(guó)際著名期刊《先進(jìn)能源材料》(Advance Energy materials，IF:24.8)；在復(fù)合鋰負(fù)極方面，團(tuán)隊(duì)利用鋅的親鋰特點(diǎn)制備了3D復(fù)合鋰金屬負(fù)極，研究成果發(fā)表于《納米快報(bào)》（Nano Letters，IF：12.7）。發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》的論文以“新型鋰鹽抑制鋰枝晶生長(zhǎng)和Li2Sn的穿梭效應(yīng)（New Lithium Salt Forms Interphases Suppressing Both Li Dendrite and Polysulfide Shuttling）”為題，介紹了具有抑制鋰枝晶生長(zhǎng)和多硫化鋰（Li2Sn，2<n<8）穿梭效應(yīng)雙重功效的新型環(huán)狀富氟鋰鹽。發(fā)表在《納米快報(bào)》上的論文以“多孔銅鋅合金中的親鋰鋅位點(diǎn)誘導(dǎo)金屬鋰的均勻成核與無枝晶沉積(Lithiophilic Zn Sites in Porous CuZn Alloy Induced Uniform Li Nucleation and Dendrite-Free Li Metal Deposition)”為題，介紹了通過對(duì)鋰金屬負(fù)極結(jié)構(gòu)改性發(fā)現(xiàn)的抑制鋰枝晶的新方法。

近年來，鋰離子電池在智能電網(wǎng)、航空航天和軍事儲(chǔ)能等高能耗新能源領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，現(xiàn)有商用正極材料體系（包括層狀結(jié)構(gòu)的鎳鈷錳酸鋰、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰和橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰）的實(shí)際比容量已經(jīng)接近各自的理論極限值，無法滿足日益增長(zhǎng)的能量密度需求。富鋰錳基正極材料不僅具有高的比容量（250 mA h/g）和能量密度（1000 Wh/kg），而且其較低的鈷和鎳含量能夠有效降低電池的成本。本項(xiàng)目主要通過構(gòu)筑缺陷來增強(qiáng)富鋰錳基正極材料的電化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)高的首圈庫倫效率、倍率性

本發(fā)明公開了一種水煤漿無焰富氧燃燒系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：爐膛、高速霧化燃燒器、供漿系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、煙氣循環(huán)系統(tǒng)以及煙氣排放回收系統(tǒng)。高速霧化燃燒器包括一次風(fēng)噴嘴、二次風(fēng)噴嘴、水煤漿霧化噴嘴；供漿系統(tǒng)包括儲(chǔ)漿罐、輸漿泵、攪拌過濾器、供漿泵；供氧系統(tǒng)包括氧氣罐、氣體加熱器、氣體增壓泵；煙氣循環(huán)系統(tǒng)包括煙氣換熱器、除塵器、循環(huán)風(fēng)機(jī)、冷凝器；煙氣排放回收系統(tǒng)包括 CO2壓縮儲(chǔ)存裝置和煙囪。本發(fā)明提供的一種水煤漿無焰富氧燃燒技術(shù)，將氧氣進(jìn)行增壓升溫，與循環(huán)煙氣混合射入爐內(nèi)形成容積燃燒，并使水煤漿通過煙氣換熱器換熱，提高其初始溫度，降低著火熱，可用于解決目前水煤漿鍋爐燃燒效率較低、NOx 排放高、CO2 捕集成本高等問題。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介 在鋼鐵企業(yè)中，煉鐵高爐會(huì)產(chǎn)生大量的低熱值副產(chǎn)燃?xì)狻郀t煤氣，同時(shí)又在燒 結(jié)、軋鋼、煉鋼、熱處理等過程中需要消耗大量的燃?xì)赓Y源，本來應(yīng)該形成互補(bǔ)的關(guān)系。 但是，高爐煤氣的熱值很低，燃燒溫度不夠，難于適應(yīng)生產(chǎn)的需要，結(jié)果形成高爐煤氣 的放散和低級(jí)應(yīng)用。本技術(shù)利用鋼鐵企業(yè)的氧氣資源，采取富氧助燃措施，提高高爐煤 氣的實(shí)際燃燒溫度，使低熱值的高爐煤氣資源能夠在溫度要求較高的場(chǎng)合得到有效應(yīng)用， 并且保證使用設(shè)備的安全運(yùn)行。該技術(shù)可以明顯地減少企業(yè)的燃?xì)赓M(fèi)用支出、減輕高爐 煤氣的放散

一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 化石燃料燃燒產(chǎn)生的CO2是溫室氣體的主要來源。開發(fā)具有CO2捕集功能的新型化石燃料燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”愿景目標(biāo)的關(guān)鍵。富氧燃燒技術(shù)采用大規(guī)模空分系統(tǒng)所產(chǎn)生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時(shí)采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的介質(zhì)溫度和傳熱特性，可實(shí)現(xiàn)煙氣中CO2高濃度富集，便于CO2的分離與捕集。該技術(shù)可以降低煙氣CO2排放(約90%)，同時(shí)易于實(shí)現(xiàn)NOx、SOx等污染物的協(xié)同控制。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助下，華中科技大學(xué)牽頭十余家著名大學(xué)、研究所和企業(yè)圍繞富氧燃燒CO2捕集技術(shù)開展合作研究，系統(tǒng)掌握了富氧燃燒碳捕集技術(shù)的著火/燃燒、輻射傳遞等基礎(chǔ)理論，揭示了新型燃燒技術(shù)的原理和規(guī)律；突破了富氧燃燒專用鍋爐、燃燒器、氧注入器、煙氣冷凝器、低能耗三塔空分系統(tǒng)等一批新型關(guān)鍵技術(shù)和裝備的設(shè)計(jì)原理及其放大設(shè)計(jì)規(guī)則，發(fā)明了“空氣燃燒-富氧燃燒”兼容設(shè)計(jì)成套裝備并完成了技術(shù)放大驗(yàn)證，為低成本規(guī)模化CO2捕集技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

本發(fā)明公開了一種卡賓-重氮乙酸乙酯-烯醛的三元共聚物及其制備方法，即以重氮化合物和烯醛為 聚合反應(yīng)單體，反應(yīng)后經(jīng)過重沉淀、離心、真空干燥沉淀物即可得到產(chǎn)物。該類聚合物主要通過 C1/C1N2/C2 的共聚合反應(yīng)獲得，主鏈主要由卡賓、重氮化合物和烯醛組成。該聚合物既具有下轉(zhuǎn)換熒 光性質(zhì)，又具有上轉(zhuǎn)換熒光性質(zhì)，同時(shí)具有很強(qiáng)的光穩(wěn)定性，可廣泛用于光學(xué)和光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域;同時(shí)， 該聚合物具有抗癌活性，可應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域。

石墨烯作為化工新材料是目前的研究熱點(diǎn)，其規(guī)模化制備是難點(diǎn)。超重力旋轉(zhuǎn)床作為一種新型反應(yīng)器，在化工過程強(qiáng)化等領(lǐng)域具有總要的應(yīng)用，且無明顯放大效應(yīng)。以超重力旋轉(zhuǎn)床作為石墨（氧化石墨）剝離和還原的反應(yīng)器制備石墨烯，具有效率高、產(chǎn)品質(zhì)量及應(yīng)用性能好等特點(diǎn)。目前已達(dá)到中試水平。 本技術(shù)屬于石墨烯制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用超重力法以石墨為原料制 備高性能石墨烯的方法。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體，是構(gòu)成石墨、碳納 米管、富勒烯等碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高強(qiáng)度、 高透明度和超大的比表面積及良好的生物相容性，在復(fù)合材料、電子器件、電 能儲(chǔ)存裝置、生物傳感器、催化劑載體等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用效果及前景，是 目前最熱研究領(lǐng)域之一，也有大量的潛在需求。實(shí)現(xiàn)其高性能低成本規(guī)模化制 備是其應(yīng)用的前提和保障，因此更是人們關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。 現(xiàn)有的石墨烯制備方法很多，如：機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、液相剝離法、 化學(xué)氧化-剝離-還原、碳納米管切割以及完全有機(jī)合成等。在這些方法中，機(jī) 械剝離法雖然能得到高性能的石墨烯，但產(chǎn)量很小，主要用于科學(xué)研究；化學(xué) 氣相沉積法雖然可合成量較大的產(chǎn)品，但設(shè)備復(fù)雜且成本較高，限制了其應(yīng)用； 完全有機(jī)合成法得不到大面積的石墨烯片。低成本剝離法和化學(xué)氧化-剝離-還 原法通常以廉價(jià)的石墨為原料，在低溫常壓下進(jìn)行制備，其成本較低且易放大規(guī)模，是石墨烯規(guī)模合成的重點(diǎn)研究方向。 目前用于剝離的裝置主要有超聲波清洗器、微波爐、球磨機(jī)、超臨界裝置 等。在這些裝置中，超聲波清洗器雖然使用的最多，但其剝離時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)率低、 對(duì)石墨烯片的晶體完整性和結(jié)構(gòu)破壞大，影響其導(dǎo)電性和其他應(yīng)用性能；微波爐剝離利用微 波爐加熱集中、功率大的特點(diǎn)，加熱使石墨或預(yù)氧化石墨迅速膨脹，達(dá)到剝離 的效果，該方法過程較為劇烈，產(chǎn)物損失不可控，而且所得到的石墨烯缺陷較多；球磨機(jī)制備出來的石墨烯片小；超臨界裝置制備成本高、需要反復(fù)多次剝離才能達(dá)到較好的效果， 不適于規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn))。所以如何找到一種可以大規(guī)模剝離且對(duì)石墨烯性能影響小的剝離方 法和裝置是本領(lǐng)域需要解決的一個(gè)問題。 超重力技術(shù)是利用比地球重力加速度大得多的超重力環(huán)境對(duì)傳質(zhì)、傳熱過 程和微觀混合過程進(jìn)行強(qiáng)化的新技術(shù)，在地球上通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生模擬的超重力環(huán) 境而獲得。它能夠大幅度提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性，顯著地縮小反應(yīng)器的體 積，簡(jiǎn)化工藝、流程，實(shí)現(xiàn)過程的高效節(jié)能，減少污染排放。在超重力旋轉(zhuǎn)床 內(nèi)氣體呈連續(xù)相均勻分布，液體被分散成大量的液滴、液絲和液膜，具有極大 的比表面積。研究表明：在超重力環(huán)境下相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔器提高1～3 個(gè)數(shù)量級(jí)，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強(qiáng)化。超重力過程強(qiáng)化技術(shù)已被大量 用作需要對(duì)相間傳遞過程進(jìn)行強(qiáng)化的多相過程，和需要對(duì)相內(nèi)或擬均相內(nèi)微觀 混合強(qiáng)化的混合與反應(yīng)過程，并達(dá)到了工業(yè)化水平或中試水平。目前還沒有出 現(xiàn)過將超重力技術(shù)應(yīng)用在石墨領(lǐng)域的例子。 本項(xiàng)目要解決的技術(shù)問題是提供一種超重力法制備石墨烯的方法；通過對(duì) 石墨進(jìn)行預(yù)處理，使石墨的層間距增大，之后在超重力旋轉(zhuǎn)床中剝離預(yù)處理石 墨，得到石墨烯；該制備方法簡(jiǎn)單易行，低成本、高產(chǎn)量，適合大規(guī)模生產(chǎn)， 具有廣泛的應(yīng)用前景，該方法制備的石墨烯具有很高的導(dǎo)電率和極少的缺陷。 本發(fā)明提供一種超重力法制備石墨烯的方法，包括以下步驟： 1）以石墨為原料，對(duì)石墨進(jìn)行預(yù)處理，使石墨的層間距增大，得到預(yù)處 理石墨； 2）在超重力旋轉(zhuǎn)床中剝離預(yù)處理石墨，得到石墨烯。

石墨烯因 其 優(yōu)異 的性質(zhì)而 被 譽(yù)為 “ 材料之王 ” ， 在諸多 領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景， 但 距離 真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化 還存在諸多 問題和挑戰(zhàn) 。制備決定 未來， 高品質(zhì) 石墨烯薄膜的 可控 制備 一直是學(xué)術(shù)界和業(yè)界關(guān)注的 重點(diǎn) 。 化學(xué) 氣相沉積法（ CVD ） 以 其優(yōu)良 的 可控性和可放大性被 公認(rèn) 為最具前景的石墨烯 薄膜 制備方法， 經(jīng)過 近十年的發(fā)展， 雖然 在單晶尺寸上 取得 了諸多突破性進(jìn)展， 但 CVD 石墨烯的性能 和 理想 水平 仍然有不 小 的差距 ， 這一問題已經(jīng)困擾石墨烯領(lǐng)域很久 。 該研究首次 揭示了 CVD石墨烯 的本征污染問題，提出氣相反應(yīng)調(diào)控的方法，分別使用泡沫銅輔助催化和含銅碳源實(shí)現(xiàn)了超潔凈石墨烯的制備（ Nat ure   Commun .  2019 ,  10 , 1912 ； J. Am. Chem. Soc.   2019 ,  141 , 7670 ）。 對(duì)于已存在 本征污染的石墨烯薄膜，他們 巧妙地 使用 二氧化碳 對(duì)其進(jìn)行刻蝕 ，而不引入額外缺陷，從而成功 制備出大面積的超潔凈石墨烯薄膜，該 方法與普通CVD工藝完全兼容 （ Angew . Chem.  2019 ,10.1002/ange.201905672 ）。 同時(shí) ，他們探究 了本征污染物與石墨烯之間的相互作用，發(fā)展了基于活性炭的界面力調(diào)控方法，成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯的表面清潔（ Adv.  Mater.  2019 , e1902978 ） 。

過去的十幾年石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步飛速，然而石墨烯產(chǎn)業(yè)化仍然面臨諸多挑戰(zhàn)和問題。面向石墨烯產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的制備技術(shù)不是對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備過程的簡(jiǎn)單放大，規(guī)模化制備對(duì)制備技術(shù)的可重復(fù)性、安全性和成本等都提出了更高的要求。盡管從產(chǎn)能上看石墨烯的粉體和薄膜均實(shí)現(xiàn)了宏量化制備。然而，石墨烯產(chǎn)品的生長(zhǎng)工藝、原材料、設(shè)備甚至生產(chǎn)批次的不同，得到的產(chǎn)品質(zhì)量和性能參差不齊，且很難達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。以史為鑒，參考另一類戰(zhàn)略性碳材料——碳纖維的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程可知，材料的品質(zhì)決定了其應(yīng)用前途。最初研發(fā)的碳纖維只能用于釣魚竿等，而今高端碳纖維材料在航天航空領(lǐng)域占據(jù)不可替代的位置，這正是碳纖維的規(guī)模化制備技術(shù)和材料品質(zhì)的不斷提升，推動(dòng)了碳纖維在高端領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。石墨烯產(chǎn)業(yè)只有努力扎根于材料制備，解決高品質(zhì)材料的規(guī)模化制備問題，才有美好的應(yīng)用未來。