ACS Nano:功能性有机锌螯合物,无枝晶的锌负极

ACS Nano:功能性有机锌螯合物,无枝晶的锌负极 水系锌金属电池由于严重的水腐蚀和枝晶生长,导致电池快速循环降解。 为解决这些问题,中南大学Yuejiao Chen,Libao Chen在锌(Zn)金属表面设计了一种...


ACS Nano:功能性有机锌螯合物,无枝晶的锌负极

水系锌金属电池由于严重的水腐蚀和枝晶生长,导致电池快速循环降解。

为解决这些问题,中南大学Yuejiao Chen,Libao Chen在锌(Zn)金属表面设计了一种具有良好亲锌性能和特殊纳米级三维(3D)颗粒结构的高抗水性Znx-二乙烯三胺五(亚甲基膦酸)界面层。

文章要点

1)实验结果结合理论分析和COMSOL模拟结果表明,这种锌基有机配合物中的疏水基团是防止H2O对Zn负极表面进行破坏的决定性因素。同时,亚甲基膦酸基与锌的相互作用形成大量的锌离子吸引位,为锌离子的快速吸附和迁移提供了离子通道。而表面发达的纳米颗粒结构导致锌离子通量重新分布,表面Zn沉积均匀致密。

2)在协同作用下,这种修饰的Zn负极具有长达1300 h的循环寿命,在5 mA cm−2处有较低的极化电压。此外,研究人员还展示了基于该负极组装的全电池池(包括Zn//V2O5和Zn//MnO2电池)。

该工作通过结构设计和在表面构建保护层两个概念的结合,提供了一条简单、低成本、高效的途径来制备高性能的锌负极,从而为蓬勃发展的水系锌金属电池提供了一条途径。

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有机微量的优势

2.1 生物利用效价高

有机微量元素与无机微量元素相比,有机微量元素的生物利用率较高。主要是因为一般的微量元素无机盐和有机盐被动物体摄入后,必须先要借助辅酶的作用,与氨基酸或者其他物质形成螯合物或络合物,才能够被机体吸收。吸收后的金属元素与蛋白质结合被运送到机体所需要的部位时才能发挥功效。蛋氨酸锌、蛋氨酸铜等氨基酸螯合物或络合物是动物体吸收和转运金属离子的主要形式,也是动物体内合成蛋白过程最主要的中间产物,采用该形式不仅吸收快,而且能够减少许多生化过程,节约能量的消耗,从而使其具有较高的生物学效价。另外,动物体内存在必需氨基酸库,配体为必需氨基酸的有机微量元素更容易以氨基酸或小肽的形式储藏在体内,防止被快速代谢,从而增加动物微量元素体贮备。因此,相较于无极微量元素,有机微量元素用量更少,安全性和效益更高。

2.2 减少矿物元素相互拮抗

无机微量元素具有不稳定和易结合的特点,发生相互作用的可能性要比其他物质容易。这些作用发生在饲料之间,在消化道组织和细胞代谢过程中微量元素之间以及与常量元素之间在吸收排泄、转运代谢、功能发挥等过程中存在许多拮抗。这拮抗作用发生在消化道中的主要形式是:①元素间发生简单的化学反应。如日粮内镁过多,在消化道内可形成磷酸镁,从而阻碍磷的吸收。②被胶体颗粒吸附。如铁与锰有相同的电子轨道 、构型和配位数,可固定于非溶性的镁盐或铝盐表面,从而使铁与锰在消化道的吸收减少。③离子在肠壁上竞争载体。铜与锌都是在小肠吸收,它们在金属硫蛋白或肠粘膜中可互相竞争结合部位,从而导致互相吸收抑制。有机微量元素在动物机体内的吸收与无机盐不同,氨基酸及蛋白螯合物利用肽和氨基酸的吸收机制,以氨基酸或肽的形式被吸收。因此不存在相互拮抗的作用,从而用量更可控,更合理。

2.3 避免与饲料中的抗营养因子拮抗

无机微量元素在动物肠道内能与纤维、植酸等结合在一起形成稳定的结构,如中性洗涤纤维(NDF)能与二价铁结合影响吸收;植酸能与二价的铜、铁、锌结合生成沉淀,从而降低吸收;而有机微量元素中的金属离子位于螯合物中心,与配体通过配位和共价键结合后,其分子内电荷趋于中性,形成稳定结构,不会被日粮中的抗营养因子结合而影响吸收。

2.4 抗氧化和提高免疫的能力更强

近年来大量的研究表明,有机微量元素在提高免疫功能,改善肠道健康和减少应激方面优于无机盐微量元素。能够增强机体的抗疼痛能力,最大限度的提高机体的免疫应答反应,促进细胞免疫和体液免疫,发挥抗应激和抗病的作用。

2.5 化学性质稳定

无机盐分子中,阴、阳离子通过静电形成不够稳定的离子键,所以极易与其他物质发生化学反应,化学结构极不稳定;而有机微量以微量元素离子为中心,将氨基酸中的氧和氮原子包裹在微量元素的外面,将微量元素封闭起来,这使得它具有比较稳定的化学性质,也使得分子内电荷趋于中性,在体内可以有效保护金属离子,从而使金属离子避免与胃肠道中的胃酸和日粮中的其他成分等物质发生不良反应。尤其氨基酸螯合物是通过配位共价键结合,其稳定性比通过离子键结合的络合物更高。

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结束语

微量元素是奶牛不可或缺的营养物质,过量和不足都会对机体造成不良影响。相较于无机微量元素,有机微量元素对增加奶牛采食量,提高生长速度和繁殖力,改善产品品质和机体免疫力、抗氧化功能,降低应激等方面均有促进作用;其更好的安全性、稳定性可以有效避免微量元素对其他营养物质的破坏,减少微量元素的拮抗,提高微量元素的利用效率和养殖安全。

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