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胡良兵,今日再发《Nature》封面!四年9篇NS正刊,4篇封面!

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高产四年,连发9篇《Nature》 、 《Science》正刊,其中3篇《Science》封面、1篇《Nature》封面,这令人瞠目结舌的发文速度,还有各种Nature和Science大子刊,发着跟玩似的!

这是哪个课题组?马里兰大学的胡良兵教授!接下来让我们简单梳理一下胡良兵教授的成果。


【最新《Nature》封面论文】

热化学反应沿着受反应温度和时间严重影响的特定途径进行。特别是,根据阿伦尼乌斯定律,基本反应速率与温度呈指数关系,并且通过建立或移动化学平衡可以进一步影响产物分布。因此,加热曲线的动态调节可用于控制反应路径以实现目标产物的收率和选择性。然而,由于缺乏对反应温度和时间以及反应路径的时间控制,在近平衡条件下通过连续加热进行常规热化学合成在提高合成速率、选择性、催化剂稳定性和能源效率方面面临严峻挑战。

鉴于此,胡良兵教授课题组提出了一种非平衡、连续合成技术,该技术使用脉冲加热和淬火(例如,0.02秒开,1.08秒关),使用可编程电流快速切换高温(例如,高达2400 K)和低温快速淬火确保了高选择性和良好的催化剂稳定性,同时降低了平均温度以降低能源成本。使用CH 4热解作为模型反应,本文的可编程加热和淬火技术导致对增值C2产品的高选择性(>75%,与传统非催化方法的<35%相比,与使用优化的大多数传统方法相比<60%催化剂)。该技术可以扩展到一系列热化学反应,例如NH 3合成,为此作者在环境压力下使用非催化催化剂实现了约6000 μmol gFe-1 h-1的>100 h高稳定合成速率。本研究为高效非平衡热化学合成建立了新模型。


【木材纤维】

胡良兵教授,从2018年他与马里兰大学李腾教授合作开发出强度媲美钢材的超强致密木材,成果发表在《Nature》后,一直被称为“木头大王”!该工作一经发表就引起全世界范围广泛的关注和媒体报道,刮起了一阵“超级木头”的旋风!


2019年,胡良兵教授课题组还通过木材完全脱木素、致密化工艺,研制出机械强度为404.3兆帕结构材料,是天然木材8倍以上,成功研制出辐射制冷木头,相关成果发表在《Science》上。



2021年,胡良兵课题组报告了一种利用细胞壁工程将硬木平板塑造成多功能3D结构的加工策略,由此产生的3D模制木材,强度是原始木材的六倍,与广泛使用的轻质材料铝合金相当。这种方法大大拓宽了木材作为结构材料的潜力,有望对建筑和交通等领域应用产生巨大影响。相关研究论文以封面文章的形式发表在Science上。


2021年,胡良兵课题组报告了通过分子通道工程实现高性能固态聚合物离子导体的一般策略,成功将“木头”变成固态电解质。通过铜离子(Cu2+)与一维纤维素纳米纤维配位,改变了纤维素的晶体结构,结果聚合物链之间的间距被扩大为可供Li+嵌入和快速传输的分子通道,从而实现了Li+沿着聚合物链的快速传输。相关成果发表在《Nature》上。


【热冲击合成技术】

实际上,除了玩转木头,胡良兵教授在“高熵合金”、“固态电解质”等等领域成果颇丰。其中不得不提“热冲击合成技术”(TSS技术)

热冲击合成(TSS)是一种通过快速高温加热合成材料的方法。在TSS过程中,施加高达3000K的温度,持续时间仅为几秒或几毫秒,然后快速冷却。在这方面,TSS与传统的高温合成不同,传统的高温合成具有在有限的温度范围(例如1500K用于炉子加热)长时间(通常是小时),通常缓慢加热和冷却(~10K/min)。TSS利用高温来驱动极端和非平衡条件下的反应。此外,使用超高温可以显着提高快速材料生产的反应速率。由于这些特性,TSS特别适用于发现新反应和材料并实现快速制造。

胡良兵团队发明的该技术还获得了专利。TSS最初是通过焦耳加热碳材料至高温并在短时间内快速淬火实现的,由具有高时间分辨率的电力控制。TSS的本质是能够精确控制高温以确保快速“冲击”加热。通常,温度、持续时间和升温速率可以针对特定的加热要求独立控制。由于高温加热普遍用于反应和材料合成,创新的TSS工艺已被发现并得到证实,包括微波、激光、快速辐射加热和放电闪蒸加热,能够合成多种新兴材料,例如单原子和合金催化剂、高熵合金纳米粒子、纳米级复合材料、电池正极和负极以及高质量石墨烯等。热冲击技术可能会让制造商成为制造产品的新方式。


胡良兵教授团队通过TSS技术及其创新的技术制备了大量性能优异的材料。该团队之前曾应用全新的两步碳热冲击法制备得到高熵合金纳米颗粒运用循环震荡加热的方法合成了高分散、热稳定的单原子催化剂利用超快高温烧结工艺制备结构致密、性能优良的陶瓷材料。




木头大王,不止步于木头!

【作者简介】


胡良兵,2002年毕业于中国科技大学少年班应用物理学专业,2002-2007年,在美国加州大学洛杉矶分校攻读博士学位,师从George Gruner教授;2006年,创立Unidym Inc公司,并工作至2009年;2009-2011年,在美国斯坦福大学著名华裔科学家崔屹课题组做博士后;2016年至今,美国马里兰大学终身教授,先进材料与纺织中心主任(CAPT)。已在Science, Nature, ACS Nano, Energy & Environmental Science, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Chemical Reviews, Nano Letters等顶级刊上发表学术论文300余篇。

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来源:高分子科学前沿

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