电聚合苯胺改性碳纤维海洋电极电化学性能及其电场响应研究

本文应用碳酸氢铵弱碱性溶液作为电解质电化学原位聚合苯胺制备聚丙烯腈基碳纤维海洋电极,研究其电化学性能与电场响应性能。结果表明,碳纤维表面生成还原态聚苯胺并出现特征氧化还原峰;交流阻抗谱表明改性电极表面等效电路增加了膜电容和膜电阻,电场响应由纯电容耦合改变为电容电阻共同作用的混合机制,有利于低频低强度信号的响应。在电场响应测试中,改性电极电位漂移量达0.66 mV/d;能够较好响应10 mV,10 mHz的低频率低强度电场信号;线性度最小值为0.072%。水流冲刷4h后聚苯胺膜质量损失为6.30%,相比于盐酸溶液电聚合制得的聚苯胺膜(质量损失7.55%)具有更好的结合力。该海洋电极可望成为新一代低成本、高性能电场传感器。

基于羧甲基纤维素包裹铜纳米颗粒复合材料电化学传感器检测牛奶中诺氟沙星

以羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose,CMC)包覆的铜纳米颗粒(copper nanoparticles,Cu NPs)和碳黑(carbon black,CB)为原料,制备CMC@Cu/CB复合材料,构建检测诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的高灵敏度电化学传感器。基于扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和X射线衍射等手段对CMC@Cu/CB结构和形貌进行表征,在玻碳电极(glassy carbon electrode,GCE)表面滴铸复合材料悬浮液,制备CMC@Cu/CB/GCE传感器。结果表明:CMC@Cu/CB/GCE呈均匀分散球状,传感器对NFX具有良好的电流响应,线性范围为0.4~100.0μmol/L,检出限为0.24μmol/L(R_(SN)=3),此外,该修饰电极对实际样品中NFX的测定具有良好的灵敏度和稳定性,对牛奶提取物中NFX的加标回收率为98.8%~112.5%。同时,由于实验过程中原材料价格低廉,传感器的制备成本极低,在实际检测中具有良好的应用前景。

热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统耦合特性

为了减少工业烟气中余热与CO_(2)的排放,本文提出了热再生电池堆-二氧化碳电化学还原池系统(TRBCO_(2)RR)。该系统通过串联多个非水系热再生电池(thermally regenerative battery,TRB)构建电堆,并将其用于驱动CO_(2)电化学还原(electrochemical reduction of CO_(2),CO_(2)RR)。本文研究了CO_(2)电化学还原特性、非水系TRB电堆性能及非水系TRB-CO_(2)RR系统耦合特性。研究结果表明,碳纸负载纳米银多孔电极上催化剂分布较为均匀,在-1.8V电位下(对应的槽电压为5.1V)表现出最佳的电化学还原CO_(2)性能,其CO法拉第效率达到了最佳值78.7%。为此,构建了6个子电池的串联电堆,开路电压达到7.2V左右,最大功率为235mW,在34min内放电相对稳定。运行非水系TRB-CO_(2)RR耦合系统后,电堆未出现反极现象,CO法拉第效率(73.1%)接近稳定电源所获得的最佳值。未来研究可通过优化催化剂和电堆设计,有望进一步提高耦合系统CO_(2)RR转化效率。

国家级线下一流本科课程电化学原理建设探索与实践

电化学原理课程是电化学专业的核心理论课,对学生电化学实践能力、科学与工程素养的培养具有基础性地位和作用。该文介绍哈尔滨工业大学首批国家级线下一流本科课程电化学原理的建设和实施过程。从课程教学目标、内容体系、教学模式、课程思政、考核方式和教学效果等方面阐述课程的建设历程,为“双万计划”背景下的一流课程建设提供重要参考和应用实践。

植物-微生物电化学耦合降解底泥中氯硝柳胺的特性

以植物-底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解为研究对象,研究了外加电压、植物(菖蒲(Acorus Calamus L.)和黑麦草(Lolium Perenne L.))以及生物表面活性剂(鼠李糖脂)对氯硝柳胺降解的影响。研究结果表明:外加适量的直流电压可以对底泥-微生物电化学系统中氯硝柳胺的降解产生一定的促进作用,1.2 V外加电压作用下的底泥-微生物电化学耦合系统中氯硝柳胺降解的半衰期比0.2 V减少了11.59%;植物对底泥中氯硝柳胺降解具有促进作用,1.2 V电压作用下的菖蒲和黑麦草微生物电化学耦合系统氯硝柳胺降解半衰期比无植物时分别减少7.43%和1.58%;外加适量的鼠李糖脂对于底泥中氯硝柳胺的降解具有促进作用,外加1.2 V电压,在且菖蒲-底泥-微生物电化学耦合系统中加入0.50 g·kg^(-1)鼠李糖脂,氯硝柳胺降解半衰期最小,比不加入鼠李糖脂减少26.45%。耦合系统中的氯硝柳胺通过生成2-氯-4-硝基苯胺、5-氯水杨酸等中间产物逐渐降解,最终生成CO_(2)、H_(2)O等。

劳伦斯伯克利实验室开发了在原子水平上研究电化学催化剂的方法

劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的一个研究团队开发了一种新技术,以前所未有的分辨率在原子水平上研究电化学过程。电化学反应——由电流流动引起或伴随电流流动的化学转化——是电池、燃料电池、电解和太阳能燃料发电等技术的基础。电化学还驱动光合作用等生物过程,并在地球表面之下形成和分解金属矿石。

电化学储能界面的核磁共振谱学研究方法

深入认识电化学储能体系(如锂离子电池与锂金属电池等)表界面层的组成与结构,以及相关的物质传递、电荷存储与转移机理,对于开发宽温区、长循环与高倍率电化学储能器件具有重要的理论指导价值。电化学表界面层呈现出稀薄、无序和敏感等特征,直接观测并获取准确信息充满了挑战。在众多表征技术中,核磁共振技术表现出非侵入性和可定量等特点,是物质鉴别以及微观结构与动力学研究的重要手段。利用原位电化学核磁共振技术还能够观测电化学表界面生成的亚稳态中间相或发生的动态结构演变,为电化学储能体系表界面研究提供了独特而关键的见解。本文综述了电化学储能界面的典型核磁共振研究方法,着重介绍了一维与二维核磁共振技术、同位素示踪技术、动态核极化技术和交叉极化技术以及原位电化学核磁共振技术等方法的基本原理与应用策略。通过上述方法在电极与电解质、复合固态电解质等界面的组成结构、离子输运与界面电荷存储机理等电化学储能界面的应用实例,展示了核磁共振技术在电化学储能界面研究中的应用潜力和重要研究成果。

电化学技术处理含铊废水综述

中国铊矿资源丰富,开采和冶炼造成的铊污染严重,需要对含铊废水进行治理。综述了电化学技术处理废水的主要方法、工艺条件以及相关工艺的影响因素,包括生物电化学技术、电化学氧化技术、电絮凝技术。电化学技术作为一个新型的废水处理技术将有较好的发展前景。

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P1对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P2对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P3对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93.24%。不仅可掌握电池的运行状态,还可对过充电进行有效辨识。

工业废水电化学处理技术的进展及其发展方向

综述了工业废水电化学处理技术的进展和应用。介绍了电化学氧化、电化学还原、电絮凝、电气浮、电渗析等方法。阐述了电化学氧化技术目前没有工业化的主要原因是低的电流效率、高能耗和大的操作费用,如何提高传质特性、电流效率、开发用于废水处理的高效电解槽是亟待解决的问题。特别指出了未来工业废水电化学处理技术的发展方向是生物难降解废水处理用的阳极材料、电化学反应器、电化学组合技术、生物膜电化学反应器工艺。

阴极Mg^(2+)污染物对PEMFC电化学性能及电化学阻抗影响

质子交换膜燃料电池经过长期运行后,其部件(弹性垫片、极板等)会发生损伤,并产生金属离子污染物(如Ca^(2+)、Mg^(2+)),这将影响燃料电池长期运行的稳定性和耐久性。通过向燃料电池阴极空气流中添加不同浓度(100、300和500 mg/L)的Mg^(2+)溶液,研究了极化曲线以及电化学阻抗谱,分析了阴极Mg^(2+)污染物对燃料电池电化学性能及电化学阻抗的影响。极化曲线实验结果表明3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物均对燃料电池的电化学性能有明显负面影响,污染后的燃料电池的电流密度出现下降,且下降程度与阴极Mg^(2+)污染物浓度和污染时间呈正相关。极化曲线理论分析结果表明:3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物均显著影响质子交换膜的渗透性并增大质子交换膜对氢离子的阻抗,且污染时间越长,质子交换膜性能恶化越严重。电化学阻抗谱分析结果表明:3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物均会增大质子交换膜对氢离子的阻抗以及阴极法拉第电阻,且质子交换膜对氢离子的阻抗随污染时间增加而增大;阴极双电层结构受这3种浓度梯度的阴极Mg^(2+)污染物影响不明显。

锂离子电池三元正极核-壳结构的电化学-力学模拟

利用有限元模拟技术构建了电化学-力学耦合的三维多物理场锂离子电池模型,进而获得了核-壳正极在放电过程中Li+浓度、应变和应力的分布与演变情况,并研究了放电结束时不同放电倍率、壳厚度和核粒径对应变和应力的影响.结果表明,颗粒中心及核-壳界面处的应力在放电初期迅速达到最大值,然后随着Li+扩散过程的进行,应力逐渐减小.另外,黏结剂和相邻颗粒对电极应力分布有显著影响.减小放电速率和核粒径以及增加壳厚度能够降低电极中的应力.研究结果可为核-壳正极结构的设计与优化以及锂离子电池放电策略提供参考.

木质素基高比表面积活性炭的制备及其电化学性能研究

将杨木先经过CO_(2)辅助水热预处理,再用对甲苯磺酸溶液处理,分离得到高纯度酸溶性木质素(AHL)。以AHL为前驱体,分别采用H_(3)PO_(4)法和KOH法制备了孔隙结构发达的活性炭AHLAC-H_(3)PO_(4)和AHL-AC-KOH,通过多种技术手段对活性炭的结构进行了表征,并对比研究了其作为超级电容器电极材料时的电化学性能。结构表征结果表明:AHL-AC-H_(3)PO_(4)和AHL-AC-KOH的比表面积分别为2490和3344 m^(2)/g,总孔容分别为1.24和1.74 cm^(3)/g。电化学性能测试结果表明:随着电流密度从0.5 A/g增大到10 A/g时,AHL-AC-H_(3)PO_(4)的比电容由241.24 F/g下降至83.95 F/g,电容保持率仅为34.80%;而AHL-AC-KOH的比电容由269.19 F/g下降至229.76 F/g,电容保持率为85.35%。AHL-AC-H_(3)PO_(4)的充/放电行为可逆性和倍率性能较差,电阻较大;而AHL-AC-KOH具有典型的双电层电容和法拉第快速氧化还原反应特性,并展现出高度可逆的充/放电行为,且具有良好的倍率性能和较小的电阻。

抗硫油井管在H_(2)S环境中的电化学腐蚀行为研究

采用极化曲线和电化学阻抗谱技术,研究了无外加应力下H_(2)S对110S抗硫油井管材腐蚀行为的影响。利用电化学渗氢技术,施加恒电流使氢向110S管材内部渗透,揭示了不同环境下的氢扩散特性。采用电化学噪声技术,结合扫描电镜(SEM)分析手段,研究了110S管材在95%AYS(实际屈服强度)加载力下,处于饱和H_(2)S的醋酸酸化NaCl溶液中的硫化物应力腐蚀(SSC)行为。结果表明:H_(2)S使极化电流增大,电荷转移电阻减小,降低了110S管材的耐蚀性能;恒电流充氢条件下,酸性溶液显著增加了氢的有效扩散系数和充氢侧次表面氢浓度;电位噪声峰具有快速下降和缓慢恢复的特征,裂纹萌生和扩展阶段暂态峰寿命增加,幅值增大;SSC裂纹萌生于阳极溶解产生的点蚀处,并不断扩展,直至断裂。

从电池管理到电化学数字电源

电源技术的发展对绿色交通、规模化储能、智慧电网等领域具有重要作用。以电化学器件为代表的电化学电源具有反应机理复杂、多物理场、多尺度特性,同时工作过程中表现出强非线性、时变性及空间分布等特点,为电源的管理带来了挑战。本文以动力电池为对象,分别从模型、测量和管理三个方面阐述当前电池管理技术的研究现状及发展趋势,认为局限于本地的管理技术将逐渐走向全局的数字化管控,提出电化学数字电源的概念并诠释其内涵,旨在助力新能源汽车、氢电储能、新型电网、充电基础设施等电化学电源应用场景的发展。

自制可视化半导体微区电沉积及光电化学测试装置的研制与应用

为了提高应用电化学的教学效果,通过实验和科研加深学生对电化学理论知识、测试方法及实验仪器的掌握,系统地培养学生的动手能力、主动思考能力、创新能力、仪器开发能力和科研素养,探索了以自制实验教学仪器—可视化半导体微区电沉积及光电化学测试装置为基础开展的实验与科研训练。实践证明,该装置能够提高应用电化学课程的教学效果以及对学生综合素质的培养效果。

电化学发光在真菌毒素检测中的研究进展

电化学发光是一种由电化学激发的化学发光现象,具有发光背景低、灵敏度高、检测范围宽和可控性好等优势,已在体外诊断领域广泛商业化。受此鼓舞,电化学发光在食品安全和环境监测等领域的研究日益深入,已然是当下的研究热点之一。本文介绍了电化学发光机制和体系组成,总结了电化学发光结合免疫分析、适配体和分子印迹技术在真菌毒素检测中的研究进展,最后,提出并分析了电化学发光技术在食品安全检测中存在的主要问题和挑战。

激光熔覆功率对FeCrNiCoMoBSi高熵合金涂层电化学腐蚀性能的影响

探讨了FeCrNiCoMoBSi高熵合金(HEA)激光熔覆涂层的微观结构以及激光功率对涂层物相和电化学腐蚀性能的影响。研究结果显示,HEA涂层由底部的柱状晶带、顶部的等轴晶带以及中间混晶带(由柱状晶和等轴晶混合组成)构成。采用3 000W功率制备的HEA涂层表现出最低的自腐蚀电流密度(0.425μA/cm^(2))、最高的自腐蚀电位(-0.16852V)以及最大的极化阻抗(69 616Ω),其阻抗模值■为1 143Ω·cm^(2),分别是1 800,2 500和4 500 W功率激光熔覆涂层的8.65倍、4.91倍和7.14倍,且其最大相位角为76.23°,均高于其它三种涂层。综合评估显示,采用3 000 W功率制备的HEA涂层具有出色的电化学腐蚀性能。这是由于其单一的FCC晶体结构、抗腐蚀的铁镍合金相和单质铬相、良好的晶体结晶度、细化的晶粒尺寸以及卓越的钝化效应,使其电化学腐蚀性能显著优于其他功率制备的涂层。

电化学技术在食品检测中的应用研究进展

电化学技术利用待测物质发生反应产生的电化学信号实现其检测,因其操作简单、成本低、精密度及灵敏度高等优点在食品检测分析中的应用备受关注,并取得了许多研究进展。本文从电化学检测方法、类型、基本原理和在食品检测领域的研究现状方面进行了综述和分析,并对其应用发展前景进行展望,为促进电化学技术在食品检测分析领域的应用提供参考,以满足食品快速检测分析的发展需求。

碳纳米管电化学储能的研究进展

由于碳纳米管的特殊结构导致独特的物理化学性质 ,使得它在各个领域的应用引起多方面重视。根据国内外碳纳米管开发利用现状 ,总结了近年来各种不同规格碳纳米管在电化学储氢、电化学储锂、电化学电容器等电化学储能方面的研究进展 ;指出了各方面研究发现的问题 ,如电化学储锂的电压滞后 ,不可逆容量较大 ,电化学储氢时氢在碳纳米管中的存在状态难以确定等 ;今后的工作应从理论及实验两个方面来解释和解决这些问题。