专业学位研究生“政产学研用”一体化培养体系建构

通过文献梳理分析专业学位研究生培养研究态势,认为中国专业学位研究生的教育质量与国家创新体系建设和产业发展需求仍然存在较大差距,学术型人才培养的印记依然存在,以“政产学研用‘一体化’培养专业学位研究生”为主题的理念创新和实践探索亟待重点强化。从“组织决策、规章制度、教学管理、资源保障、成果产出”五个维度,对“一体化”体系建构进行了阐释。

基于储能专业研究生实践基地建设的研究

研究生跟随导师在实验室从事科研工作已经是司空见惯的现象。通常研究生通过阅读文献获得想法并通过自己的科研验证其正确性。然而,从实际应用的角度出发,工科领域对研究生提出了更高的要求,需要步入工作岗位的毕业生们能够尽快适应市场的需求并开发相应的产品。校企联合的研究生实践基地可以为从事工科领域研究的师生提供良好的平台,对提升研究生教学及科研水平有非常重要的意义。本文以辽宁科技大学与鸡西市唯大新材料科技有限公司共建研究生实践基地为例,对如何建设实践基地,最大程度发挥实践基地在研究生教学、科研中的作用进行了分析、总结,希望能够为正在建设中的实践基地起到一定的参考作用。

教育生态化理念下转型发展高校教学质量监控原则及实施策略

在现代高等教育科学理念引领下,厘清教学质量监控现存问题及成因,遵循高等教育共通监控原则,建立健全教学质量监控体系。运用统一性与差别化兼顾监控标准,根据控制循环理论建构SAFR闭环,催生教师自我修正意识和能力,基于大数据进行“回放式”归因评价反馈等策略,有效提升教学质量监控的效度和信度。

基于钴离子交换分子筛为模板的三维有序微孔炭低温合成及其宏量制备

沸石模板炭(ZTCs)由于具有独特的三维有序微孔结构和高比表面积,在吸附和能量存储等方面表现出诸多优异的性能。然而,ZTCs有效合成方法的缺乏和大规模合成的困难严重限制其发展。本文通过使用钴离子交换的Y型沸石分子筛作为模板,采用直接乙炔化学气相沉积(CVD)的方法,开发出一种低温CVD合成及宏量制备ZTCs的简单工艺路线。沸石中的钴离子作为Lewis酸位点,通过d-π配位效应催化乙炔在400℃低温热解,使碳沉积选择性地发生在沸石内部。通过对CVD温度和时间的优化,ZTC_((Co))-400-8h具有优异的三维有序微孔结构、高比表面积(3000 m^(2) g^(-1))、大的孔体积(1.33 cm^(3) g^(-1)),CO_(2)吸附容量和选择性分别为2.78 mmol g^(-1)(25℃,100 kPa)和98。本工作中,利用简单的合成方法实现了高质量ZTCs的宏量制备,使用10.0 g/批次沸石模板制备的ZTC_((Co))-400-8h(L)的比表面和孔体积可达到2700 m^(2) g^(-1)和1.27 cm^(3) g^(-1)。

基于并行工程理念的研究生“双创”教育模式建构

梳理了研究生“双创”教育模式研究态势,强调加快中国研究生教育从规模化发展向高质量提升对于提高创新人才的创新力和竞争力,支撑并引领创新型国家建设具有重大战略意义。在厘清“并行工程”基本理念及其在教育教学领域应用现状的基础上,建构了“定位、标准、方案、培养、评价”并行的研究生“双创”教育模式。这种并行不能只是各向度之间的并行,而应是各向度、各指向间的全方位交错并行,相互修正、相互促进,有效提升研究生“双创”能力培养效果。

基于Open CV的图像信息处理系统的开发与应用

本论文工作针对移动床内颗粒物料卸料特性的CCD摄像图片,开发了基于Open CV的图像识别处理程序和颗粒追踪测速程序,以刻画移动床卸料过程中的流型演化和颗粒运动信息。为检验程序的准确性,以离散单元法数值模拟得到的颗粒图像为对象,对比了所开发图像后处理程序分析结果与离散单元法数值模拟数据,发现两者能定量吻合。

基于水溶性煤沥青的MnO@C复合材料的制备及储锂性能研究

目的制备出具有高容量、良好的倍率性能和循环稳定性的MnO@C复合电极材料。方法使用水溶性煤沥青及KMnO4为原料,通过水热法制备出Mn3O4@C前驱体。然后经过高温碳热还原制备MnO@C复合电极材料。通过SEM、XPS、XRD和Raman等分析技术对MnO@C复合材料的形貌、表面、结构等进行表征,并使用循环伏安、恒流充放电和电化学阻抗等电化学分析技术对其电化学性能进行了评价。结果TEM和SEM结果表明,制备的水溶性煤沥青表面丰富的含氧官能团与MnSO4溶液中的Mn2+之间有较强的相互作用,提供成核位点,进而促进了后续MnO@C材料中纳米颗粒的形成和均匀生长。这些纳米粒子的形成又起到了提升MnO@C电化学性能的作用。XRD、Raman和XPS结果表明,Mn3O4@C前驱体经过高温碳热还原反应生成MnO@C后,在MnO表面和包覆的碳材料之间生成了大量的Mn—O—C键。电化学结果表明,MnO@C电极在0.1 A/g电流密度下循环100圈后具有606.47 mAh/g较高的储锂容量,即使是在0.5 A/g大电流密度下循环400圈后仍具有293.83 m Ah/g的储锂容量。同时,电化学测试也表明,MnO@C复合材料具有非常好的倍率性能。结论使用鞍钢产的煤沥青根据混酸法制备了水溶性煤沥青。通过使用水溶性煤沥青和KMnO4成功地制备了Mn3O4@C前驱体。以Mn3O4@C前驱为原料,通过高温碳热还原法制备了MnO@C复合材料。在MnO表面包覆碳层不仅提供活性位点而且起到限制在充放电过程中MnO体积膨胀的作用。特别值得注意的是,Mn—O—C键构筑了MnO和碳层之间的快速导电通道,提升了电极反应动力学。

介孔分子筛调制有序介孔碳超级电容器性能研究

为了研究不同孔径的有序介孔碳(OMC)作为超级电容器电极的性能差异,本文采用水热合成法制备三种不同孔径的介孔二氧化硅分子筛(SBA-15),再以SBA-15为模板,乙炔为碳源,利用化学气相沉积法(CVD)反向制备具有不同孔径的OMC。利用扫描电子显微镜、氮气吸附和电化学测试等,分析OMC作为电极材料时,其纳米孔结构与性能之间的关系。结果表明,将孔径调控在3~4 nm的OMC-120作为超级电容器电极,在充放电电流密度为0.10 A/g和0.50 A/g时,比电容为44.50 F/g和54.30 F/g;经1 000次循环后电容保持率达99%,其双电层电容性能和稳定性优于其他孔径结构的样品,这归因于OMC-120中较窄的有序介孔结构加速了电子和离子的转移交换,缩短离子的传输路径。

基于企业技术需求设计化学工程与工艺专业的本科生毕业设计(论文)课题

作为化学工程与工艺专业的大学本科毕业生在校学习的最后一环,本科毕业设计(论文)有着极其重要的地位。然而,在实际的毕业设计过程中存在着学生的毕业课题脱离企业生产实际,为了完成学生的毕业环节而设置课题,设计和实验工作量大但学生真正实际参与度低等诸多问题。实验工作量大,但实际参与实验的时间少,致使大部分毕业生的毕业设计流于形式,学生的收获不大,老师们又费了不少心思。因此,指导教师合理地设计本科生毕业课题显得尤为重要。本文针对实际毕业设计过程中出现的问题,提出通过校企合作,在企业工程师参与毕业课题的设计及指导的前提下,提升毕业课题的实效性及应用性。本科毕业生通过完成毕业设计,了解了企业的生产工艺及技术需求,为从学校毕业到企业工作的无缝衔接最大限度地发挥了作用。

校企双向指导模式下新能源领域研究生教学改革探讨

本文着眼于新能源领域的研究生教学,通过借助校企双向指导模式提升研究生运用所学的理论知识解决实际生产中遇到问题的能力。同时,学生进入企业的研究院,通过与企业的专家及高级工程师间的交流寻求需要解决的技术难题。并通过将企业需要解决的技术难题与所学理论的结合设立为研究生的研究课题。这样,研究生在指导教师及企业的高级工程师的双向指导下完成课题的研究任务。指导教师通过参与企业课题提升自己对实际问题的分析及解决能力的同时,也可以把从现场得到的知识及经验引入到专业课教学中,提升专业课的教学水平。

活化和氮掺杂炭层包覆碳纳米管载铂催化剂电催化性能研究

利用化学浸渍还原法，以原始和混酸活化碳纳米管及聚苯胺改性制备的氮掺杂炭层包覆碳纳米管为载体，制备上述碳纳米管负载铂催化剂，研究比较它们作为质子交换膜燃料电池催化剂的电催化性能。透射电镜观察表明，以混酸活化碳纳米管为载体一定程度改善了铂粒子在碳管上的沉积形态和分散性，沉积的铂粒子大小约5～8nm，但铂粒子仍存在较明显的团聚现象；而因聚苯胺改性碳纳米管外层为均匀氮掺杂炭层，铂粒子能均匀分散沉积于氮掺杂层表面，其平均粒径约为2～4nm。电化学分析表明，混酸活化和氮掺杂炭层包覆碳纳米管都能够改善负载催化剂的电催化活性，尤其氮掺杂炭层包覆碳纳米管负载铂催化剂不仅具有最高氧还原活性，其负载催化剂同时展现了良好的循环稳定性。

聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管制备及其超级电容器性能

利用苯胺原位化学聚合合成聚苯胺包覆碳纳米管(CNTs),再炭化处理制备氮掺杂碳纳米管(NCNTs).激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子谱(XPS)分析及透射电镜(TEM)观察表明,苯胺包覆碳纳米管经炭化处理后,得到以碳纳米管为核、氮掺杂碳层为壳,具有核-壳结构的氮掺杂碳纳米管,而碳纳米管本征结构未遭破坏.研究表明,随着苯胺用量的增大,氮掺杂碳纳米管的氮掺杂碳层变厚,氮含量从7.06%(质量分数)增加到8.64%,而作为超级电容器电极材料,随着氮掺杂碳层厚度降低,氮掺杂碳纳米管在6mol·L-1氢氧化钾电解液中的比容量从107F·g-1增大到205F·g-1,远高于原始碳纳米管10F·g-1的比容量,且聚苯胺改性氮掺杂碳纳米管表现出较好的充放电循环性,经1000次充放电循环后仍保持初始容量的92.8%-97.1%,表明氮掺杂碳纳米管不仅通过表面氮杂原子引入大的法拉第电容和改善亲水性使电容量显著增大,其具有的核壳结构特征也使循环稳定性增强.

铁基氮掺杂碳纳米管制备及其电催化性能

利用化学原位聚合法制备聚吡咯包覆碳纳米管,然后以硫酸亚铁铵盐为铁前驱体,采用液相沉淀法制备聚吡咯-碳纳米管-铁化合物复合材料(Fe-PPy-CNTs),通过对复合材料Fe-PPy-CNTs热处理,成功制备出铁基氮掺杂碳纳米管催化剂Fe NCNTs.X射线衍射分析表明,热处理使Fe-PPy-CNTs复合物中Fe3O4向Fe3N和Fe转化,700°C热处理制备的Fe NCNT700中铁主要是Fe3O4相,但也有Fe相.800和900°C热处理制备的催化剂Fe NCNT800和Fe NCNT900则明显有Fe3N和Fe形成.随着热处理温度升高,Fe NCNTs催化剂氮含量降低,其含氮官能团也由吡咯型氮向吡啶型和石墨型氮转化.电化学分析表明,含有Fe3N的Fe NCNT800和Fe NCNT900催化剂具有明显的氧还原催化活性,其中,Fe NCNT800因其具有高的比表面积、高的氮含量和高比例的有利于增强氧吸附能力和弱化O―O键的石墨氮官能团,而表现出优于Fe NCNT900氧还原催化活性及稳定性.

氮掺杂活性炭及其载铂催化剂氧还原催化活性

采用化学原位聚合法制备聚吡咯/活性炭(AC)复合物,在惰性气氛进行热处理,制备了氮掺杂活性炭(NAC)。利用化学浸渍还原法制备AC和NAC载铂催化剂,并对比分析他们的氧还原催化性能。氮掺杂处理明显降低了活性炭的比表面积,但因其改善了活性炭水分散性和表面活性,铂在NAC表面沉积和分布较在AC载体表面更均匀。尤其经900℃炭化处理获得的氮掺杂活性炭NAC900,源于其微孔的高比表面积和含氮官能团共同作用,使铂粒子多以尺寸小于5 nm的粒子均匀沉积分布于载体表面,且铂担载量高。循环伏安曲线分析表明,与活性炭载铂催化剂(Pt-AC)相比,氮掺杂活性炭载铂催化剂(Pt-NAC900)的氧还原峰电位更正,氧还原峰电流为前者两倍,且峰电流随循环次数的衰减更低。结果表明,通过对传统炭材料活性炭进行氮掺杂处理,能够增强其载铂催化剂氧还原催化性能。

钯负载泡沫镍电极电化学还原水中三氯乙酸

采用非电沉积法制备了钯负载泡沫镍电极,运用SEM技术对其进行了表征,并以其阴极、铂丝为阳极进行了电化学还原三氯乙酸的研究,考察了工艺条件对三氯乙酸降解效果的影响,并对反应动力学和反应机理和进行了探讨。结果表明:钯负载泡沫镍电极具有较高的比表面积和良好的储氢性能;以20 mmol/L硫酸钠为电解质,在电解温度为20℃、钯负载量为4.5 mg/cm^2的条件下恒流(10 mA)电解240 min,三氯乙酸降解率达99.76%,氯原子脱除率达73.86%;三氯乙酸的电化学还原反应过程以及三氯乙酸上未脱除氯原子浓度的变化均符合拟一级反应动力学方程;三氯乙酸在电化学还原过程中逐个脱除氯原子。

氮掺杂炭层包覆碳纳米管的组织结构调控及其氧还原催化活性

采用化学原位聚合合成聚吡咯涂覆碳纳米管,之后将其在氮气氛下热处理制备氮掺杂炭层包覆碳纳米管NCCNTs。利用该工艺,通过改变热处理温度,调控NC-CNTs组织结构和表面化学组成。比表面和孔结构分析显示,600,800和1 000℃热处理制备的氮掺杂碳纳米管NC-CNT600,NC-CNT800和NC-CNT1000的比表面积和孔体积依次显著增加,NC-CNT1000的比表面积和孔体积分别约是NC-CNT600的3倍和1.7倍。这是因碳纳米管表面聚吡咯层向氮掺杂炭层转化过程导致更多的微孔形成。然而,制备温度升高使NC-CNTs的氮含量降低,表面含氮官能团由吡咯型氮向吡啶型氮和石墨氮转化,NC-CNT1000含最高比例的石墨氮。作为无金属催化剂,NC-CNTs在碱性电解质条件下展现了明显的氧还原催化活性,但其氧还原活性并不与样品氮含量成正比。NC-CNT600和NC-CNT800的氧还原反应为两电子转移机制,而NCCNT1000表现为两电子和四电子转移混合机制,其展现出最高的氧还原催化活性和催化稳定性,这可能是其具有高的比表面积和孔体积,结合含氮官能团中高比例石墨氮的缘故。

多孔碳质材料在氧还原电催化中的应用

氧气的电化学还原(氧还原)反应是多种能量存储与转化装置中的关键电化学步骤,氧还原的难易程度决定了这些装置综合性能的好坏。氧还原反应自身的动力学过程缓慢,通常需要催化剂来提高反应速率。碳质材料在其中发挥着非常重要的作用,常见氧还原催化剂铂、钯等贵金属及近期出现的多种非贵金属,大多是负载于各种纳米碳质材料或直接利用掺杂纳米碳质材料作为催化剂,包括各种多孔炭或基于多孔炭的材料。因此,多孔碳质材料的发展对于氧还原催化剂的研究与发展起到了促进作用。本文从多孔碳质材料制备手段出发,论述了多孔碳质材料在氧还原反应的作用,涵盖了贵金属催化剂载体到非(贵)金属催化剂等方面的研究进展。与此同时,对新型碳质材料调控多孔结构的方法加以阐述,并对未来新型多孔碳质材料用于氧还原催化剂的前景和方向进行了展望。

碳纳米材料改性LiFePO_(4)及其电化学性能

利用碳纳米管(CNTs)一维纤维结构和良好的导电能力,以聚吡咯包覆碳纳米管(PPy@CNTs)热转化形成的氮掺杂碳纳米管(NCNTs)为导电增强剂,将NCNTs与炭包覆LiFePO_(4)(C@LFP)复合以使商业LiFePO_(4)电极获得更优异的电化学性能。首先采用葡萄糖热解方法,制备C@LFP,再使NCNTs均匀分布在C@LFP间,制备炭包覆和氮掺杂碳纳米管改性磷酸亚铁锂NCNTs-C@LFP。分别利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(SEM)对样品晶体结构组成分析和微观结构形貌进行观察。NCNTs均匀分布于LFP颗粒之间,并且制备工艺没有改变LiFePO_(4)晶体结构。通过物理吸附仪对样品的孔结构进行分析,NCNTs-C@LFP的比表面积和利于离子传输的中小孔体积也较纯LFP明显提高。采用电化学技术进行半电池测试,结果表明,炭包覆有效提高了LiFePO_(4)粒子导电能力,而一维NCNTs进一步提高了LiFePO_(4)粒子间的导电性。NCNTs-C@LFP电荷传递阻抗较LFP降低了5倍。在0.1 C倍率放电条件下,NCNTs-C@LFP比容量达165 mA·h/g,较商业LiFePO_(4)(125 mA·h/g)提高32%。1 C倍率100次充放电循环,NCNTs-C@LFP容量保持率为94%。利用碳包覆层和氮掺杂碳纳米管构筑三维导电网络的简单技术路线,可有效改善LiFePO_(4)电化学性能。

硫化镍/氮掺杂碳纳米管复合材料及其超级电容器性能

采用惰性气氛热处理方法,以氮掺杂碳纳米管(NCNTs)为载体,二乙基二硫代氨基甲酸镍(C_(10)H_(20)N_2NiS_4)为NiS前驱体,制备NiS-NCNTs复合材料。研究了热处理温度对复合材料微观形貌、组织结构及其作为超级电容器电极材料特性的影响。400℃下,C_(10)H_(20)N_2NiS_4热解反应生成α-NiS,导致NiS-NCNTs复合材料形成,但低温热解反应导致NiS颗粒大,且数量少。500℃下,形成的α-NiS粒径小且数量增多。当温度升至600℃时,α-NiS向β-NiS转变,且有新相Ni9S8形成。其中500℃制备的NiS-NCNT500具有最高的利于离子传输的2~5nm中小孔体积,及电荷堆积的高比表面积,其作为超级电容器电极材料,展现出较高的比电容量和良好的充放电循环稳定性。

Y型沸石为模板化学气相沉积法制备模板碳的研究

具有定制尺寸均匀孔径的纳米碳可以将多孔结构优化到理想性能。本文采用一步化学气相沉积法,Y型沸石分子筛为模板,乙炔为碳源,通过控制化学气相沉积温度,制备了具有有序孔结构的沸石模板碳。研究表明,化学气相沉积温度在700℃时,ZTC-700展现出良好的有序孔结构、比表面积高达2 500 m2·g-1和孔容量达1.32 cm3·g-1,归因于ZTC-700具有质量分数高达17.7%的碳沉积量,支撑沸石内的有序孔道结构,展现出最佳孔结构特性。