钠离子存储器件中界面效应作用机制研究

可充电钠离子电池被视为下一代高效能二次电池的最佳候选之一。电池充放电过程中电极表面及电极与电解质界面行为均对其性能有较大依赖性。因此,分析界面效应的特性对打造高能量密度、长期稳定的大型储能系统至关重要。虽然电极材料的特性研究已相当深入,但对钠离子电池界面效应的稳定性和高效性的研究仍显不足。现有研究成果尚未能为系统性结论提供充分的理论依据。本文回顾了钠离子储存设备中界面效应机制的研究现状,涵盖了电极材料内部的异质界面和固态电解质界面,从理论上分析了层间插入、转化反应和合金化过程中的界面效应,以及这些效应如何影响电池的整体性能。本文旨在为优化电极材料内部的异质界面及固态电解质结构提供理论基础,以提高钠离子电池的性能。同时,本文总结了几种现有的界面效应机制,并综述了目前界面效应研究面临的挑战与机遇,对其在该领域的未来发展进行了展望。

MOF衍生碳基电催化剂限域催化O_(2)还原和CO_(2)还原反应

化石燃料的大量消耗和环境的逐渐恶化导致迫切需要开发和探索有效的能源转换和存储技术.电化学是各种能源转换装置的基础和关键.设计和合成具有高催化活性的非贵金属基和非金属基催化剂是最好的选择.金属有机骨架(MOF)衍生的碳基材料具有比表面积大、孔隙率高的特点,可以选择性地限制不同类型的金属.因此,MOF衍生碳作为催化剂载体使用时具有良好的限域效应,有利于提高催化剂的活性和稳定性.本文综合评述了MOF衍生材料在催化反应中的限域效应,并介绍了MOF衍生碳基材料在氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)电催化方面的最新进展,揭示了MOF碳基材料在电催化反应中的构效关系.最后,讨论了MOF衍生的碳基材料在ORR和CO_(2)RR电催化中的挑战和机遇,以及未来可能的解决方案.

应用于氧还原反应的非贵金属原子分散级金属-氮-碳催化剂的设计

为了进一步实现质子交换膜燃料电池(PEMFC)能量转化技术的大规模开发和应用,提高催化剂的成本效益是先决条件.目前,与铂族等贵金属基催化剂相比,原子分散的金属-氮-碳(M-N-C)催化剂也在提高活性位点密度、原子利用率和催化活性等方面表现出巨大的潜力,是最有望代替铂基催化剂的首选材料.在原子分散M-N-C催化剂的制备过程中,获得活性位点均匀分散且结构体系最优化是挑战性问题.基于此,我们重点研究了各种有利于原子分散的M-N-C催化剂的制备方法,以及不同催化剂中原子的化学环境调控对催化位点的影响.本文从M-N-C催化剂的合成与表征、反应机理、密度泛函理论计算等方面进行了深入的探讨,着重讨论了双金属位点、原子簇结构和杂原子对催化位点的化学环境调控.最后,提出了原子分散M-N-C催化剂大规模应用存在的问题及进一步优化的发展方向.

“双碳”背景下材料科学与工程专业教学改革创新研究

“双碳”战略是国家关于经济社会的一项伟大的变革。这就要求新工科人才应具备业态基本需求,具有改变企业战略、产业需求落后于国家政策现状的能力。作为工科门类一级学科,材料科学与工程专业正顺应国家政策要求认真贯彻教学方案改革。在国家“双碳”战略背景下,紧抓战略“窗口期”,立足产业需求,着力落实“新产业”“新业态”和“新模式”各项工作,与社会各界通力合作,最终达成“双碳-新工科”建设的战略目标。本文主要研究“双碳”背景下材料科学与工程专业在教学方面存在的不足,并经认真思考后提出可行的改革措施,以期为后续材料科学与工程专业的教学工作提供理论及实践参考。

碳基电极材料在能源存储器件中的催化效应

催化效应是实现电极材料高效电化学能量转换和存储的关键因素之一.碳基复合材料因具有优异的物化性能,被广泛地合成并应用于电极材料.电极材料在能源存储器件中表现出的容量往往超过其理论容量值,额外容量的产生原因及形成机制尚未得到准确解释.本文首先回顾了储能器件的研究现状和不足,阐述了催化效应在不同类型能源存储器件中的作用:促进固体电解质界面相的演化,加速放电/充电产物的可逆转化,以及提高中间体的转化速率和活性物质的利用率,从而提升活性物质的利用.此外,还分析了催化效应与储能性能之间的相互作用,以突出催化效应的重要功能.希望本综述在系统地分析、归纳和总结的基础上,为设计具有高效催化作用的电极材料提供新思路,积极推动这一研究领域的发展.

电化学氧化灭活新型冠状病毒

当前主要采用危害生物体和环境安全的消毒剂对引起新冠肺炎的SARS-CoV-2病毒进行消杀,从而阻断病毒传播.本文报道了一种绿色、高效的电化学消杀SARS-CoV-2病毒的装置和方法:采用Ni OOH作为阳极,泡沫镍为阴极,碳酸钠为电解液,在5 V恒电压电化学处理5 min后, SARS-Co V-2病毒的灭活效率高达99.99%.质谱分析结合理论计算模拟表明,在电解过程中阳极所产生的活性氧物种能够有效氧化并破坏SARS-Co V-2病毒S1蛋白的关键受体识别区域(RBD),从而实现病毒彻底灭活.这一绿色且高效的电化学灭活策略为阻断含有SARS-Co V-2病毒的气溶胶、污水等潜在传播途径提供了新的思路.