Amorphous Zr–Al–Ni alloys exhibiting a wide temperature region of supercooled liquid state and a high reduced glass transition temperature (Tg⁄Tm) were formed over a composition range from 0 to 37 at% Al and 3 to 67%Ni by melt spinning. The temperature span ΔTx(=Tx−Tg) between Tg and crystallization temperature (Tx) reaches as large as 77 K for Zr60Al15Ni25. The Tg⁄Tm is also as high as 0.64 in the vicinity of Zr60Al20Ni20 and their Zr–Al–Ni alloys are concluded to have a large glass-forming capacity. The Tx and hardness (Hv) increase with increasing Al and Ni contents in the range from 660 to 860 K and 400 to 720, respectively, and the tensile strength also has a similar compositional dependence in the range of 1335 to 1720 MPa. The compositional effect on Tx and Hv was presumed to originate from the variation of the atomic configuration which reflects the equilibrium compounds, because of the similarity in the compositional dependence among Tx, Hv and the melting temperature of the compounds. The high thermal stability of the supercooled liquid in the vicinity of Zr3Al1Ni1 seems to result from optimum bonding and packing states of the constituent atoms in the limited alloy.

Amorphous alloys exhibiting a wide supercooled liquid region above 100 K were found to form in a compositional range from 0 to 3%Co, 0 to 15%Ni and 10 to 23%Cu in Zr65Al7.5Cu2.5(Co1−x−yNixCuy)25 system by melt spinning. The temperature span ΔTx(=Tx−Tg) between glass transition temperature (Tg) and crystallization temperature (Tx) reaches as large as 127 K for Zr65Al7.5Ni10Cu17.5. The Tg and hardness (Hv) increase from 622 to 685 K and 426 to 502 with increasing Co content while the Tx decreases from 749 to 690 K, resulting in the decrease of ΔTx from 127 to 30 K with increasing Co content. The compositional effect on Tg, Tx, ΔTx and Hv indicates that there is no close relation between the magnitude of the attractive bonding force and the stability of the supercooled liquid. The high stability of the supercooled liquid against the nucleation and growth of a crystalline phase in the limited composition range seems to result from a highly dense random packing structure consisting of atoms with an optimum atomic size ratio and a large negative enthalpy of mixing.

Amorphous alloys exhibiting a wide supercooled liquid region and a high reduced glass transition temperature (Tg⁄Tm) were found to be formed over a compositional range from 3 to 83 at% La and 0 to 60%Ni in Al–La–Ni system by melt spinning. The temperature span ΔTx(=Tx−Tg) between Tg and crystallization temperature (Tx) reaches as large as 69 K for Al25La55Ni20. The Tg⁄Tm is also as high as 0.68 for Al25La55Ni20 and the Al–La–Ni alloys are concluded to have a high glass-forming ability. The Tx and hardness (Hv) increase with increasing Al and Ni contents in the range from 425 K to 750 K and 170 to 520 and the tensile strength also has a similar compositional dependence in the range of 515 to 795 MPa. The compositional effect on Tx and Hv was presumed to originate from the variation of the atomic configuration which reflects the compounds of La3(Al, Ni), La(Al, Ni) and La(Al, Ni)2. The high stability of the supercooled liquid in the vicinity of the stoichiometric composition Al1La2Ni1 against the transformation of crystalline phases, i.e., large ΔTx and high Tg⁄Tm, seems to result from an optimum bonding state of the constituent atoms for the stoichiometric alloy.

New amorphous alloys exhibiting a wide supercooled liquid region before crystallization were found to form by melt spinning in wide composition ranges of LaAlM, MgYM and ZrAlM (M = Ni or Cu) systems consisting of the constituent elements with significantly different atomic sizes. The temperature span between glass transition temperature, Tg, and crystallization temperature, Tx, ΔTx ( = Tx − Tg) is > 50 K in the compositional ranges around La2AlM, Mg6Ln3M and Zr3AlM and the largest ΔTx reaches 126 K. The critical cooling rate for the glass formation, Rc, is as low as 87–115 K/s and Tg/Tm is > 0.6 in the composition range where ΔTx > 50 K. There is a clear tendency for Rc to decrease with an increase of ΔTx and Tg/Tm. The crystallization of the alloys with large ΔTx occurs through the simultaneous precipitation of several compounds. Based on these results, it is presumed that the large glass-forming ability for these alloys is due to a combined effect of the difficulty of long-range atomic redistribution required for the precipitation of the compounds, the rapid increase of viscosity with decreasing temperature and the large liquidus-solidus interfacial energy which originates from the optimally bonding and packing states resulting from large negative heat of mixing and large atomic size ratios.

New bulk amorphous alloys exhibiting a wide supercooled liquid region before crystallization were found in Fe–(Co,Ni)–(Zr,Nb,Ta)–(Mo,W)–B systems. The Tg is as high as about 870 K and the supercooled liquid region reaches 88 K. The high thermal stability of the supercooled liquid enabled the production of bulk amorphous alloys with diameters up to 6 mm. These bulk amorphous alloys exhibit a high compressive strength of 3800 MPa, high Vickers hardness of 1360, and high corrosion resistance. Besides, the amorphous alloys exhibit a high magnetic-flux density of 0.74–0.96 T, low coercivity of 1.1–3.2 A/m, high permeability exceeding 1.2×104 at 1 kHz, and low magnetostriction of about 12×10−6.

A low pressure casting of a La55Al25Ni20 melt into a copper mold was found to bring about an amorphous bulk in cylindrical or sheet form. The maximum diameter of the amorphous cylinder and the maximum thickness of the amorphous sheet with a width of 5.0 mm were about 3.0 and 2.3 mm, respectively. In comparison with the thermal properties of a melt-spun amorphous La55Al25Ni20 ribbon, the amorphous bulks had a higher onset temperature and a smaller heat evolution of irreversible structural relaxation, but there was no distinct difference in glass transition and crystallization behavior. Thus, the amorphous phase produced by casting had a more relaxed atomic configuration as compared with that for the melt-spun ribbon, but there was no difference in the specific heat curves during reheating for both of the samples heated up to the supercooled liquid region. This is believed to be the first evidence that amorphization takes place by casting into a copper mold. The amorphization allows us to reconfirm an extremely large glass-forming capacity of the La–Al–Ni amorphous alloy as previously found by the present authors.

A new approach to the facile preparation of anhydrous proton exchange membrane (PEM) enabled by artificial acid–base pairs is presented herein. Inspired by the bioadhesion of mussel, polydopamine-modified graphene oxide (DGO) sheets bearing –NH2 and –NH– groups are fabricated and then incorporated into sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK) matrix to prepare the nanocomposite membrane. The DGO sheets are interconnected and homogeneously dispersed in SPEEK matrix, which provides unique rearrangement of the nanophase-separated structure and chain packing of nanocomposite membrane through interfacial electrostatic attractions. These attractions meanwhile induce the generation of acid–base pairs along the SPEEK–DGO interface, which then serve as long-range and low-energy-barrier pathways for proton hopping, imparting an enhanced proton transfer via the Grotthuss mechanism. In particular, under both hydrated and anhydrous conditions, the nanocomposite membrane exhibits much higher proton conductivity than the polymer control membrane. The enhanced proton conductivity results in the nanocomposite membrane having elevated cell performances under 120 °C and hydrous conditions, yielding a 47% increase in maximum current density and a 38% increase in maximum power density. Together with the stable conduction property, these results guarantee the nanocomposite membrane's promising prospects in high-performance fuel cell under anhydrous and elevated temperature conditions.

A simple carbon dots (CDs) catalyst prepared from lignin-derived syringic acid was used for catalytic fixation of CO2 with epoxides to synthesize cyclic carbonates. The catalysts exhibited high catalytic performance...

Although evidence has been presented for desalination potentials in single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), it is still very challenging to overcome the trade-off between ion selectivity and water permeability by simply tuning the carbon nanotube (CNT) size. In this work, we prove that double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) can make it. Employing a series of molecular dynamics simulations, we find a striking phenomenon that tuning the combination architecture of DWCNTs can significantly improve the desalination performance, with the salt rejection rate even reaching 100% in some cases while maintaining high levels of water flux. Specifically, under a certain outer CNT (20,20), with the increase in inner CNT radius, the salt rejection rate reaches a maximum for the CNT (9,9), attributed to the small size of the inner CNT and the space between the two CNT walls that significantly impedes the ion passage; however, it still allows the passage of massive water. Furthermore, as the pressure difference increases, the water flux greatly increases, while the salt rejection rate only slightly decreases for the CNTs (8,8) and (9,9), effectively addressing the trade-off between ion selectivity and water permeability. As a result, optimizing the architecture of DWCNTs should be an effective strategy for designing an efficient desalination membrane, which is still a challenge for SWCNTs.