分子水平的电化学科学与技术--第59届国际电化学学会年会综述

综述了2008年9月7-12日在西班牙塞维利亚举行的第59届国际电化学学会年会的情况。会议分为10个主题:①从单分子电化学到生物传感器和生物燃料电池;②分子水平的界面电化学:光谱技术和理论及计算机方法;③纳米尺度的电分析化学;④分子电化学:从单分子到导电聚合物;⑤新材料和可再生能源的新型微观结构材料电化学;⑥腐蚀;⑦工业电解;⑧电化学能量转换和储存;⑨微能源及器件:能量转换与储存;⑩其他。重点介绍了主题⑧和⑨,论文包括燃料电池、锂离子电池、超级电容器和微能源等。

二氧化锰/球形活性炭复合材料在有机系超级电容器中的应用

以Mn(NO3)2和中间相炭微球基球形活性炭(MSAC)为原料,采用热分解的方法成功制备了一种新型超级电容器用MnO2/MSAC球形复合材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对比分析了该复合材料的结构和形貌,并采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗(EIS)、循环充放电研究了电极的电化学性能。结果表明,MnO2/MSAC球形复合物中的MnO2粒径为100～160 nm;在1 mol/L的LiPF6/(DMC+EC)(EC:乙烯碳酸酯;DMC:碳酸二甲酯)有机电解液中MnO2/MSAC复合材料所组装的电容器的工作电压可达3.0 V,在0.002 A/cm2电流密度下,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器和单纯MSAC材料的电容器的首次循环比容量分别为186和167 F/g,在循环过程中,MnO2/MSAC球形复合材料的电容器循环200次后充放电的库仑效率基本保持在95%以上。此外,MnO2/MSAC球形复合材料的充放电曲线表现出典型的电容行为;循环伏安曲线也表现出良好矩型特征,同时具有较高的能量密度和良好的功率性能。

Al-Y共掺杂ZnO透明导电薄膜制备及光电性能研究

采用溶胶-凝胶法,在玻璃衬底上制备出Al-Y共掺杂的ZnO透明导电薄膜。X射线衍射(XRD)表明,Al-Y共掺杂ZnO透明导电薄膜为六角纤锌矿结构的多晶薄膜,且具有C轴择优取向。制备的Al-Y共掺杂ZnO薄膜电阻率最小值为1.63×102Ω·cm,在可见光区(400-800 nm)平均透过率超过85%。

三维多级孔类石墨烯载三氧化二铁锂离子电池负极材料

采用简单的水解、热处理方法合成三氧化二铁(Fe2O3)负载在三维多级孔类石墨烯(3D HPG)上的复合材料.3D HPG有效的导电网络有利于负载纳米Fe2O3,使其呈均匀分散状态,并有效增强纳米复合物的导电率,提高Fe2O3利用率,抑制纳米Fe2O3的团聚,从而制得稳定、高性能的锂离子电池负极材料.Fe2O3-3D HPG电极在50m A·g-1电流密度下首次放电容量达1745 m Ah·g-1,50周期放电容量保持于1095 m Ah·g-1.

PEMFC关键组件的研究进展

膜电极和双极板是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件。研究和开发新型的关键组件,是PEMFC实现产业化的必要条件。介绍了PEMFC关键组件的最新进展,讨论了各种材料和结构对电池性能的影响。

醇在载钯碳化钨/碳纳米管催化剂上的氧化

用交替微波法制备了碳化钨与多壁碳纳米管复合材料(WC/MWCNT),以该材料为载体制备了Pd基催化剂(Pd-WC/MWCNT),并将催化剂用于醇的催化氧化反应.结果表明,Pd-WC/MWCNT催化剂对乙醇的催化氧化活性是Pd/C催化剂的5倍.交换电流密度测量和反应活化能计算表明,Pd-WC/MWCNT催化剂对乙醇催化氧化的交换电流密度比Pd/C大两个数量级,反应活化能低一倍以上.Pd-WC/MWCNT催化剂催化氧化乙醇性能的大幅度提高是碳化钨与Pd颗粒的协同效应和碳纳米管的结构效应共同作用的结果.

沉积气压对电弧离子镀制备ZnO薄膜的结构和性能影响

采用阴极真空电弧离子镀技术在玻璃衬底上制备出了具有择优取向的透明ZnO薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及紫外一可见吸收光谱仪分别对ZnO薄膜的结构、表面形貌及可见光透过率进行了分析。XRD结果表明，所制备的ZnO薄膜具有六角纤锌矿结构的（002）和（101）两种取向，在沉积气压〉1．0Pa时所制备的ZnO薄膜具有（002）择优取向，并且非常稳定。SEM图表明，ZnO晶粒大小较为均匀，晶粒尺寸随着气压升高而变小。在400～1000nm范围内，ZnO薄膜的可见光透过率超过80％，吸收边在370nm附近，所对应的光学带隙约为3．33～3．40eV，并随着沉积气压上升而变大。

纳米TiO_2/SiO_2复合涂层修饰玻璃的抗菌功能研究

采用溶胶-凝胶法在室温下制备了均匀的纳米二氧化硅和二氧化钛复合薄膜,研究了经不同温度处理、不同TiO2/SiO2配比的薄膜修饰后的玻璃表面的抗菌性能.用SEM表征了复合薄膜的表面形貌及不同温度处理对颗粒大小的影响,并利用XRD检测此复合粉体的晶型.研究结果表明,薄膜中的二氧化钛主要以锐钛矿晶型存在,颗粒大小在15～40nm范围内,二氧化硅是非晶的无定型体.实验表明,此薄膜能高效快速地杀死细菌.其抑菌能力与薄膜的热处理温度、纳米SiO2和TiO2的比率等因素有关.100～500℃热处理后的薄膜经1h自然光照的抑菌率都在90%以上.

颗粒物质中熵力和组态熵的共振吸收力学谱研究

利用研制的切变波共振吸收力学谱仪测量了颗粒物质(种子、不锈钢珠)的共振吸收力学谱,发现系统的共振频率具有明显的切位移振幅效应,同时颗粒物质存在特征共振吸收峰。从这些结果,可以算出颗粒物质的熵力及熵能级差。

燃料电池研究进展——第56届国际电化学学会年会回顾

主要综述了第56届国际电化学学会年会中有关燃料电池的研究进展情况。质子交换膜和固体氧化物燃料电池(SOFC)仍是研究重点,其中,涉及电催化剂的制备、表征、机理研究等多个方面的报道较多。适合碱性条件下使用的非铂催化剂研究再次活跃。可控纳米晶体制备、原位红外光谱、纳米电极或微电极技术得到广泛应用。离子导电膜仍然是燃料电池研究的重点。除了氢和甲醇,甲酸、甲醚、乙醇、乙二醇、甘油和硼氢化钠等燃料也受到研究。SOFC的研究集中在电解质及催化剂。

粘结剂对PtRu/C催化剂催化活性的影响

通过不同的电化学测试技术,考察了在碱性溶液中用不同浓度的3种常用粘结剂[硅溶胶(SiO2)、PTFE、Nafion]处理过的PtRu/C催化剂对甲醇、乙醇、甘油、乙二醇的电化学氧化。循环伏安和计时电位测试的结果证明,使用10%的硅溶胶催化剂的性能较好。

稳定WO_3乳液的制备及其电变色性能的研究

在两亲高分子化合物的存在下,于水溶液中合成了稳定的WO3颗粒悬浮乳液,颗粒分布在100～230nm范围内。乳液放置数月不会发生沉降。SEM表征结果表明,由此乳液形成的薄膜的表面呈多孔颗粒状。电变色性能测试表明薄膜的变色具有良好的可逆性。在扫描速度为100mV/s时,薄膜第一次循环的还原电量QR为10.8mC·cm-2,氧化电量QO为10.3mC·cm-2,电量损失率仅为5%,着色效率(CE)为69.8cm2/C。现场计时电流实验表明,薄膜具有很快的电变色速度。

纳米晶体三氧化钨的电变色研究(英文)

报道了一种结合泡沫形成和热处理技术制备纳米晶体三氧化钨的新方法.经X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对WO3的结构和表面形貌的表征证实,WO3呈正交结构,并形成由30～40 nm的纳米颗粒组成的晶体簇.以浸涂的方法将WO3修饰在ITO导电玻璃上制备成电极,电化学测量表明由该方法制备的WO3具有很好的电变色可逆性和很快的响应特性.

纳米La_2O_3/TiO_2复合薄膜的抗凝血性研究

采用射频磁控溅射方法制备了TiO2薄膜和La2O3掺杂的TiO2复合薄膜。利用扫描电子显微镜、X射线衍射,紫外可见光谱等材料表征方法研究La2O3掺杂对TiO2薄膜的结构及抗凝血性能的影响。结果表明:La2O3掺杂促使TiO2晶粒沿金红石相(110)晶面择优生长,能细化TiO2纳米晶粒的大小,使薄膜的光学带隙由2.85 eV提高到3.2 eV。血小板粘附实验表明La2O3掺杂的TiO2复合薄膜具有优良的血液相容性能;分析了复合薄膜的抗凝血机理。

乙二醇在Pd-CeO2/C催化剂上的电化学氧化

用交替微波加热法快速制备纳米CeO2/C复合材料,进而制备Pd-CeO2/C催化剂.首次用循环伏安和计时电位法研究了碱性溶液中乙二醇在该催化剂上的电化学氧化行为.实验结果表明,Pd-CeO2/C催化剂对乙二醇的电化学氧化比单纯的Pr/C催化剂具有更好的催化活性.稳态恒电流极化实验结果证明,Pd-CeO2/C催化剂对醇氧化产生的中间物有较好的抗毒化能力.

Pt/C催化剂的分散和表征

利用对Pt/C催化剂分散体系的Zeta电位测定,研究了催化剂在不同溶剂中的分散效果。研究结果说明团聚的Pt/C催化剂在溶剂中分散与溶剂的性质有关,研究所用的溶剂中异丙醇对Pt/C催化剂的分散性最好,经过分散处理后催化剂的颗粒最小。实验结果还发现催化剂的分散效果与溶剂的粘度成反比关系,即粘度越大分散效果越好。

纳米TiO_2/SiO_2复合薄膜修饰医用小骨元针的电化学研究

采用溶胶-凝胶法在医用小骨元针上修饰纳米TiO2/SiO2复合保护膜,研究了不同制备条件对修饰后的小骨元针在酸性和中型溶液中的电化学行为。实验发现,修饰后的小骨元针在3%NaCl溶液中的稳定性优于在1 mol/L H2SO4溶液,但是,变化规律相似。

聚合物改性SPEEK膜的研究进展

磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜具有成本低、甲醇渗透率低和质子导电率高等优点,是直接甲醇燃料电池(DMFC)潜在的质子交换膜材料。综述了用聚合物涂覆、复合、共混及交联等几种改性SPEEK膜的方法及进展,并提出了改性的方向。

基于绝热量子演化的量子状态转换方法

量子算法成功的标志体现为实现了正确的量子状态转换,这一过程主要通过适当的量子算符来实现。然而,事实证明寻找合适的量子算符是非常困难的。之前大多数研究主要采用机器学习的方法解决这一问题,这些算法与以酉量子操作为特征的量子电路模型有较大差距,也难以分析其在量子计算机上的实现。提出利用绝热量子演化实现量子状态的转换,与标准量子计算模型相比,量子状态的转换更加直接,也不用考虑算符的酉性,因此是在量子计算及量子通信中值得借鉴的量子状态转化方法。

Ta间隙固溶体中的耦合弛豫

以广义Arrhenius方程对不同氧的原子个数百分比[N(O)]和不同氮的原子个数百分比[N(N)]的Ta间隙固溶体的内耗数据进行曲线拟合,并对结果进行了讨论。预设不同的T0代替TC,得到标准差SD最小值时的自发有序温度TC、指数前因子τ0和表观激活自由能ΔG;对低弛豫元浓度的情况,由T0-ΔG数据(T0是TC附近的温度)线性拟合的截距得到激活焓ΔH,由此计算熵的变化ΔS和参数τ'0。结果显示:①自发有序温度TC与N(O)及N(N)基本上成正比的关系,显示随着N(O)或N(N)的增加,氧原子之间或氮原子之间的耦合增加,使自发有序温度TC上升;②随着N(O)或N(N)的增加,组态熵的贡献TCΔS增大,表观激活自由能ΔG下降;③参数τ'0基本不随N(O)变化,这一结果与"不同含氧量具有同一个激活焓ΔH"这一条件是自洽的,说明了在讨论的N(O)范围弛豫元是相同的,是耦合的单个弛豫元;④N(N)小于1.0%时,弛豫元是耦合的单个弛豫元;N(N)较大时,弛豫元发生变化,可能出现弱耦合的弛豫元对等,使ΔS增大。