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東北大學江周華教授團隊在《自然》雜誌上發表最新研究成果
近日，東北大學冶金學院江周華教授團隊在提高不鏽鋼耐腐蝕性的創新設計方面取得了重要突破相關成果“Design for improving Corrosion resistance of Duplex stainless steels by wrapping 夾雜物與鈮鎧裝”已發表自然通訊。**作者為張淑才、馮浩、李華兵、江周華、張濤、朱洪春、林越、張偉、李國平，其中第一作者為冶金學院講師張書才，通訊作者為冶金學院多金屬共生礦物生態冶金重點實驗室李華兵教授。 東北大學冶金學院為首批完成單位，東北大學材料科學與工程學院張濤教授、中信金屬張偉博士、山西太鋼不鏽鋼有限公司教授級高階工程師李國平為合作完成單位。
鋼鐵材料的腐蝕失效不僅會導致災難性的安全事故，還會造成巨大的經濟損失。 為了滿足基礎設施和裝置對長壽命的需求，開發了一系列高耐腐蝕的不鏽鋼。 然而，隨著使用環境的要求越來越高，這些不鏽鋼仍然會腐蝕。 非金屬夾雜物是腐蝕的主要原因之一，通常造成“千里堤，坍塌在蟻丘”的嚴重影響，其危害在高溫、高氯等極端惡劣環境下尤為突出。 對此，研究人員探索了多種降低夾雜物危害的方法，如深度脫氧、深度脫硫和改性等。 然而，這些方法的有效性有限，夾雜物或周圍基體仍可能發生腐蝕。 因此，如何有效防止夾雜物引起的腐蝕失效已成為鋼鐵材料防腐領域亟待解決的挑戰。
本研究打破了“依靠清潔度控制和改性處理降低夾雜物危害”的傳統思維侷限，創新性地提出了“採用耐腐蝕鈮鎧裝（Z相）包裹有害夾雜物，顯著提高雙相不鏽鋼耐腐蝕性”的策略。 該策略巧妙地應用了微合金化和非均相形核的原理，以實現兩個關鍵目標：有效封裝含鈮Z相的夾雜物（圖1）和Z相和周圍基體的良好耐腐蝕性（圖2）。
圖1 S32205雙相不鏽鋼中含鈮Z相封裝夾雜物（“夾雜@z相”核殼結構）的表徵。
圖2 含鈮和非無鈮S32205雙相不鏽鋼在72倍濃度的海水（A-C）和50 6%FeCl3溶液（D-G）中的耐腐蝕性比較。
本研究採用耐腐蝕的“鈮鎧甲”（Z相）包裹有害夾雜物，克服了長期存在的“夾雜物引起的腐蝕失效”問題，在系列雙相不鏽鋼（S32101、S32304、S32205、S32507、S32707）和工業生產（圖3）中具有很強的通用性。 本研究為不鏽鋼材料的防腐提供了新的思路，對保證高階裝置的長壽命和安全穩定執行具有重要意義。
圖3 含鈮Z相封裝夾雜物（B-D腐蝕環境：海水濃度的72倍）提高耐腐蝕性策略的普遍性驗證。
東北大學徐大科教授等在國際知名期刊《先進功能材料》上發表最新研究成果
近日，東北大學材料科學與工程學院王福輝團隊徐大科教授等在活體功能微生物膜材料在金屬防腐中的應用取得了重要進展研究結果以〈工程活生物膜具有增強的金屬結合能力防腐海水防腐〉為題發表。advanced functional materials以上。 **第一作者為李忠副教授，通訊作者為生命科學與健康學院徐大科教授、範永強教授。 合作者包括澳大利亞臥龍崗大學的Guangming 江副教授和美國俄亥俄大學的Tingyue Gu教授。
金屬材料腐蝕失效造成的經濟損失佔3約5%。 傳統的防腐方法包括塗層、表面處理、耐腐蝕材料、緩蝕劑、電化學防護等。 這些技術雖然各有優勢，但仍面臨許多固有的缺點和不足，如環境汙染大、能耗高、維護成本高等。 綠色、高效、廉價的防腐理念和技術是當今社會發展的迫切需求和美好願景。 活體微生物膜在金屬防腐中的應用具有成本低、綠色環保、應用範圍廣、基因操作性強等諸多天然優勢。
近年來，研究人員通過表面修飾、訊號通路調控和與無機材料組裝，開發了多種具有環境修復、醫療應用、生物催化和水下粘附等功能的活體生物膜材料。 相關研究為開發用於金屬腐蝕防護的活體功能微生物提供了理論依據和技術支撐。
*以大腸桿菌為底盤菌株，通過分子生物學技術對基因組進行修飾，增強其生物膜形成能力，通過合成生物學技術在活大腸桿菌澱粉樣蛋白纖維蛋白表面展示源自銅綠假單胞菌的金屬結合結構域，構建具有較強金屬結合能力的工程化大腸桿菌生物膜。 工程活的微生物膜提高了X70碳鋼的耐腐蝕性。 在模擬海水中浸泡後，活的微生物膜還會在X70表面形成以方解石為主的礦化層，提供穩定的防腐層。 浸泡7 d後，腐蝕電流密度由51±0.4 ACM2（裸機）減少到 05±0.1 ACM2（礦化生物膜封裝），緩蝕性為902%。此外，活體工程生物膜對304不鏽鋼也有良好的防腐效果。
以上結果表明，工程生物膜在金屬防腐方面具有廣泛的應用前景，合成生物學的應用為金屬防腐技術在水環境中的發展提供了新的途徑。
圖：用於金屬腐蝕防護的活體功能生物膜的設計與製備。
據悉，活體功能材料是賦予生物體生命行為以物質載體的新型功能材料，屬於生物學與材料科學的交叉研究領域，研究方向在我國剛剛起步。 將材料科學和微生物學的技術手段與全域性設計相結合，實現智慧型合成微生物膜的具體功能和應用，具有重要的現實意義。 活性功能材料將是東北大學電活性生物材料交叉研究中心的重要研究方向之一，聚焦“四個方面”，做好學科發展。
東北大學趙玉海教授團隊的最新研究成果被人工智慧領域頂級會議AAAI2024錄用
近日，東北大學電腦科學與工程學院趙玉海教授團隊在多標籤學習領域取得了最新研究進展。 **“具有依賴雜訊的有限監督多標籤學習”是AAAI 2024，人工智慧領域的頂級國際會議（AAAI人工智慧年度會議）
AAAI是CCF推薦的A類國際學術會議，在人工智慧領域享有較高的學術聲譽。 本次會議共收到投稿9862篇，錄用2342篇，錄用率約2375%。這一研究成果的取得，標誌著我校電腦科學與工程學院的學者們在人工智慧領域取得了長足的進步，其研究水平和能力得到了國內外同行的廣泛認可，有效提公升了我校在相關領域的學術影響力和貢獻。 為今後我國學者與國際頂尖學者的交流互動奠定了良好的基礎。
*第一作者為團隊成員王葉江博士。 該研究由東北大學和新加坡理工大學的研究人員聯合進行。 **本文創新性地提出了一種雜訊依賴的有限監督多標籤學習方法，重點解決多標籤分類模型訓練中的標籤雜訊問題。 與以往的研究相比，該方法考慮了標籤雜訊與輸入特徵和類標籤相關的實際情況，通過識別例項相關和標籤相關標籤雜訊，為解決該問題提供了一種創新的解決方案。 此外，通過引入流形約束來保持區域性關係並揭示資料的流形結構，使問題正則化。 該綜合方法通過設定雜訊恢復誤差的上限，從理論上為解決實際問題提供了堅實的理論基礎。 最終實驗證明，該方法是有效的它在標籤雜訊方面表現出優異的效能，為多標籤學習領域的發展提供了創新和實用的貢獻。
東北大學毛宇鵬副教授團隊在國際知名期刊《先進功能材料》上發表最新研究成果
近日，東北大學體育系毛宇鵬副教授微納智慧型運動研究團隊在生物質摩擦電傳感領域取得突破，賦能運動健康研究成果以〈Deep-learning-assisted neck motion monitoring system self-powered through biodegradable triboelectric sensors〉為題發表。Advanced Functional Materials，國際知名期刊以上。 體育部2021級碩士生孫鳳新為第一作者，毛玉鵬副教授為通訊作者，東北大學為第一單位、對應單位。
在人工智慧和物聯網的新時代，智慧型體育大資料的採集和分析在監測人體健康方面具有重要意義。 可穿戴電子產品整合了先進的感測器和資料分析演算法，可以實時分析人體健康，準確跟蹤和記錄人體活動，為個性化健康監測和運動訓練提供了前所未有的機會。 需要指出的是，傳統電池供電裝置的侷限性限制了可穿戴電子器件在運動監測領域的應用。 例如，頻繁更換或充電電池，以及廢棄電池，不僅導致環境汙染，而且難以實時監控運動過程。
本工作以天然生物降解生物質材料玉公尺苞片為介電層，結合摩擦奈米發電技術，研製了一種自供電生物降解摩擦電感測器。 本研究避免了玉公尺苞片燃燒造成的環境汙染，實現了人體機械能的收集，實現了人體運動的智慧型監測。
圖 器件製造和結構表徵。
為了實現運動時頸部穩定性的監測和日常生活中頸部疾病的預防，團隊將三個相同的NB-TENG感測器與彈性可拉伸紡織品整合在一起，獲得了可穿戴頸部狀態監測感測器（NCM-TS）。 通過將NCM-TS與深度學習模型相結合，構建了智慧型行為監測系統，該系統能夠識別4種頸部運動，平均準確率為94%。 本研究開發的頸部運動監測感測器在智慧型運動大資料採集、運動監測、訓練和醫療保健等領域具有廣泛的應用潛力。
圖：整合深度學習輔助資料分析的智慧型行為監測系統。
東北大學李莉教授團隊在鋰金屬電池金屬負極領域取得了重要研究進展
近日，東北大學李力教授團隊在鋰金屬電池金屬負極領域取得了重要進展。 相關成果“A crystalline carbon nitride based separator for highperformance lithium metal batteries”發表國際頂級期刊proceedings of the national academy of sciences of the united state of america(pnas)。東北大學為第一作者，東北大學理學院博士生狄選龍、冶金學院博士生李洪紅為共同第一作者。
鋰金屬電池具有更高的能量密度，在新一代電化學儲能中具有廣闊的應用前景。 鋰金屬作為電池的負極，具有較高的理論容量，但迴圈過程中的不均勻沉積容易發展成枝晶形式的生長，表現出較差的穩定性，帶來一定的安全隱患，制約了鋰金屬電池的發展。
通過使用具有高結晶度的氮化碳作為隔膜改性層，抑制了鋰枝晶的生長。 高結晶度氮化碳中的延伸共軛結構使電子更具遷移性，結構中的氯離子和高含量的吡咯氮增強了與鋰離子的相互作用。 實驗結果表明，高結晶度的氮化碳改性層可以使離子通量均勻化，實現鋰的均勻沉積，提高對稱電池和Li LiFePO4整電池的穩定性。
圖 高結晶氮化碳的結構及其在鋰金屬電池中的應用
本工作通過結晶度工程調控氮化碳材料，拓展了氮化碳基材料在先進電池體系中的應用，也為鋰金屬電池功能化隔膜的設計提供了新的思路。
東北大學EPM教育部重點實驗室稀土磁性材料課題組在SMALL發表新成果
近日，東北大學材料電磁過程教育部重點實驗室稀土磁性材料課題組在SMALL期刊上發表文章論文題目為“In-plane Chemical Ordering （Mo2 3R1 3）2ALB2 （R = TB， DY， HO， ER， TM and Lu） I-mab Phases and Their Two-dimensional Derivatives （MBENE）： Synthesis， Structure， Magnetic and SuperCapacitor.” 效能**。 東北大學為第一對應單位，材料科學與工程學院博士生何沖為第一作者，崔偉斌教授為通訊作者。
新能源的開發利用已成為未來能源發展的主流，其中風能、水電、核能等能源技術得到了廣泛應用。 然而，儲能是乙個不可避免的問題，而超級電容器是一種新型的儲能和轉換裝置，不僅具有高能量密度，而且具有高功率密度，是一種能夠解決能源短缺時代日益增長的能源需求的技術。 以MXENE為代表的二維材料在新能源領域有著廣泛的應用。
MXENE是通過拓撲化學刻蝕從MAX相中獲得的二維過渡金屬碳氮化物，繼承了MAX相前驅體相對單一的六階對稱結構，具有比表面積大、化學成分豐富、表面官能團多樣可調等特點，在儲能轉換領域具有巨大的應用潛力。 與主要在P63 MMC的六邊形空間群中結晶的MAX相不同，由於硼的電子下性質，MAB相（MAX相的硼酸鹽類似物）往往具有豐富的晶體結構（例如CMCM，CMMM，PMMM）。 MAX相化學排洩成2D MXENE的前景也引起了研究者的關注，因此開發一種新的2D MAB相前驅體對其2D衍生物MBENE的應用具有重要意義。
本研究合成並表徵了一系列稀土有序佔據層狀硼化物（Mo2 3R1 3）2Alb2 （R = TB， DY， HO， ER， TM， LU） I-mAb相。 （Mo2 3R1 3）2Alb2的晶體結構為R-3M六方結構，Mo原子和稀土R原子在Mo-R層中呈有序交替排列，其中R原子位於Mo原子規則六邊形的中心，從Mo-R層向Al層略微突出（圖1）。
圖1 （a） （MO2 3HO1 3）2ALB2和（b） （MO2 3HO1 3）2ALB2晶胞引數對比（mo2 3ho1 3）2alb2 沿（c）[100]、d[-110]、e）[001]軸的STEM-HAADF和選擇性區域的電子衍射影象。
由於稀土原子4f電子的自旋相互作用，（Mo2 3R1 3）2Alb2化合物在低溫下表現出外場誘導的磁矩翻轉現象，隨著磁晶各向異性場逐漸減弱，磁矩翻轉所需的臨界場從R=TB逐漸減小到TM（圖2）。
圖2 （mo2 3ho1 3）2alb2（r = （a）tb， （b）dy， （c）ho， （d）er， （e）tm） at 0該熱曲線在1 t外場;（Mo2 3Ho1 3）2Alb2（R = （F）Tb， （g）Dy， （H）Ho， （I）Er， （J）TM）等溫曲線;（Mo2 3Ho1 3）2Alb2（r = （k）tb， （l）dy， （m）ho， （n）er， （o）tm）4 k 等溫 該曲線對應於 DM d 0h 曲線。
通過拓撲化學選擇性地蝕刻掉（Mo2 3R1 3）2Alb2中的Al層和R原子，得到了具有R有序空位的二維導數MBENE，並保持了（Mo2 3R1 3）2Alb2母相的六階對稱性（圖3）。 經過773 K氮化處理後，仍保持六階對稱性和層狀結構，其電荷轉移電阻與原來的mbene相比大大降低，質量比電容大幅提高到219 F g（掃瞄速率為2 mV），這是由於層間離子的分解和脫嵌以及Mo-N鍵的引入。 進一步將氮化溫度提高到973 K，將MBENE轉化為結晶性較差的結晶Mo2N奈米片，質量比電容為229 F g（掃瞄速率為2 mV）（圖4）。
圖3 具有相應快速傅利葉變換的MBENE STEM-HAADF影象（插圖）。
圖4 mbene@ho、mbene@ho-N573K、mbene@ho-N773K、mbene@ho-N973K （a）50mV s掃瞄速度下的CV曲線，（B）質量比電容，（C）奈奎斯特圖，（D）mbene@ho-N973K的B值擬合結果。
在這項研究中，我們拓寬了具有稀土階佔據的奈米層狀硼化物體系，並探索了該體系的晶體結構和磁性通過拓撲化學刻蝕，將稀土元素與二維儲能系統相結合，拓寬了稀土元素在超級電容器中的應用。
東北大學秦皇島分校易廷峰教授團隊在可充電鋅空氣電池氧電催化劑領域取得重要突破
近日，東北大學秦皇島大學資源與材料學院易廷峰教授團隊在可充電鋅空氣電池氧電催化劑領域取得重要進展研究成果為“以高度支化碳奈米管自組裝的3D n p s-tridoped碳奈米花作為高效雙功能氧電催化劑，實現高效能可充電”。ZN-Air Batteries“（高支化碳奈米管自組裝三維氮、磷、硫和三摻雜碳奈米花作為高效能可充電鋅空氣電池的有效雙功能氧電催化劑）在材料領域發表國際知名出版物advanced functional materials。秦皇島大學材料科學與工程博士生常輝為第一作者，四川大學易廷峰教授、張乾宇副教授為通訊作者。 東北大學是第乙個完成單位。
可充電鋅空氣電池（ZAB）具有理論能量密度高、成本低、資源豐富、環境友好等優點，是一種很有前途的新型電動汽車儲能裝置。 空氣電極是決定電池效能的關鍵因素，空氣電極上的緩慢氧還原（ORR）和析氧反應（OER）是導致電池效能下降的關鍵因素。 ZABS的商業化很大程度上受到傳統催化劑成本高昂的限制，例如用於ORR的PT基催化劑和用於OER的RUO2 IRO2催化劑。 因此，開發成本低、活性高、穩定性好的無氧電催化劑已成為一種趨勢。 其中，三維結構可以降低催化劑內部氣體與電解液之間的擴散阻力，擴大活性位點與反應物的接觸，最大限度地提高催化劑的效能。
金屬有機框架（MOFs）是優良的前驅體，因為MOFs不僅與有機配體橋接金屬節點絡合，為催化提供過渡金屬、碳和雜原子，而且具有可控的週期性。 MOF衍生的碳基催化劑因其優異的導電性和豐富的活性位點而被廣泛應用於催化反應。 通過控制MOFs的形貌和結構來提高樣品的電催化活性是最常用的方法之一。 通過自組裝形成三維結構，可以有效抑制傳統奈米片反應的自聚集，保證活性位點的有效暴露。 然而，三維MOFs的合成需要特定的有機溶劑（如DMF、甲醇），這嚴重增加了MOFs的合成成本。 因此，通過合適的自組裝方法將MOFs轉化為三維多孔材料，促進電子的快速轉移具有重要意義。
此外，催化劑的組成也是乙個關鍵標準。 雜原子（NPS b）摻雜策略和金屬活性位點的協同作用促進了ORR和OER過程。 雜原子的電負性和原子尺寸的差異可以誘導氮摻雜碳材料產生更高的自旋密度和電子離域，從而增強ORR OER活性。
圖 CO SP-NC催化劑的設計與結構模型。
基於此，研究團隊製備了一種以硫酸銨為表面活性劑，次磷酸鈉為還原劑的高支化碳奈米管三維氮-磷-硫-三摻雜奈米花雙功能催化劑（CO SP-NC）。 硫酸銨驅動二維Zn Co-ZIF自組裝成三維奈米花，同時提供活性S原子。 此外，次磷酸鈉誘導在三維Zn Co-zif奈米花表面形成高度支化的碳奈米管。
此外，第一性原理計算證實，氮、磷、硫的引入可以有效地活化水和氧分子，同時形成大量的缺陷位點並改變CO物種周圍的配位環境，大大增加了活性中心的數量。 同時，結果表明，適當的P摻雜不僅可以提高襯底的電子電導率，而且有助於改善OER ORR過程中的電荷轉移。 所製備的CO SP-NC電催化劑具有良好的雙功能活性，半波電位為08603 V，10 mA cm-2 時的過電位為 343 mV。 CO SP-NC組裝的鋅空氣電池具有超高功率密度（187 MW cm2）和良好的迴圈效能（超過280 h）。 本工作為三維自組裝奈米花的製備提供了一種可控方法，特別是可充電鋅空氣電池。
風雨洗禮
大踏科研之旅
腳踏實地，努力工作。
東達百年勇敢毅力
* |東北大學新聞網.
編輯 |馬小寒.
責任編輯 |趙春石， 楊明.
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