NiCo_(2)O_(4)//GO非对称超级电容器电动汽车动力系统应用仿真

将制备的NiCo_(2)O_(4)电极进行电化学性能测试,结果表明,NiCo_(2)O_(4)电极活性材料通过准可逆的氧化还原反应进行储能,表现出良好的电化学性能.进而使用Simulink仿真模拟了非对称超级电容器单体的放电过程,并使用AVL CRUISE仿真计算了超级电容器-锂离子电池复合储能系统的电动汽车行驶过程.结果表明,汽车在WLTC循环工况下的最大电池功率为38.0 kW,行驶时间为4.9 h,续航里程为224.4 km,相比单独的锂离子电池储能系统最大电池功率减小了31.3%,续航里程提高了11.4%.超级电容器对复合储能系统的电动汽车起到了平衡电池功率和提高续航里程的作用.

电化学合成2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃甲醇工艺研究

以糠醇为原料,NaBr为电解质,甲醇为溶剂,利用电化学法合成焦袂康酸中间体2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃甲醇,考察反应时间、NaBr添加量、反应温度对产率的影响。结果表明,反应时间与反应温度对产率有显著影响,NaBr添加量对产率影响不显著。当加入糠醇3 g(24 mmol),恒压15 V,最优条件为反应时间2.4 h,NaBr添加量为1.76 g,反应温度-10℃时,平均电流0.93 A,2,5-二甲氧基-2,5-二氢呋喃甲醇产率为67.9%。

重金属离子电化学传感器的研究进展

随着现代工业技术的发展,残留重金属离子对环境和人体健康构成的威胁愈发严重。重金属离子污染已成为全球环境面临的严峻问题。因此,重金属离子的检测具有重要性和挑战性。而重金属离子的检测已经由传统分析技术为主导方法过度到便携式传感技术和传统分析技术相辅相成的局面。早期,便携传感技术以传统传感器为主,一些功能材料、新型复合材料和纳米材料的合成及发现,使便携传感技术得以高速发展。本文介绍了早期的重金属传感器、高性能材料和纳米复合材料工作电极在重金属离子检测中的应用,以及材料的制备方法在电化学传感性能方面的应用。

铂基氧还原催化剂:从单晶电极到拓展表面纳米材料

开发低成本、高性能的氧还原铂基催化剂仍然是目前推动质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化进程的重要方向。在拓展单晶电极表面的相关研究中,活性金属铂的原子排布、应力应变、周边配位环境等因素都被认为对氧还原的性能具有重要影响。然而,在规整表面的单晶电极上得到的经验并不能完全指导纳米催化剂的设计,这是因为纳米颗粒存在着尺寸效应带来的活性-利用率的矛盾关系。通过在纳米尺度上模拟单晶电极的性质,构造纳米薄膜材料及二维晶面可控的纳米材料,可以一定程度上实现拓展表面性质。结合本课题组的研究工作,本文总结了拓展表面催化剂用于氧还原反应的理论和实验结果,探讨了纳米催化剂的发展和目前存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望。

钨掺杂BiVO_(4)光阳极降解环丙沙星的表面态行为

采用简单浸渍的方法对BiVO_(4)光阳极进行表面钨(W)掺杂,以环丙沙星(CIP)为药品和个人护理产品(PPCPs)模型污染物,研究了W掺杂BiVO_(4)光阳极降解CIP的表面态行为。结果表明,低浓度W掺杂对BiVO_(4)光阳极的晶体结构、表面形貌和光吸收性能没有显著影响。但W掺杂取代了BiVO_(4)光阳极表面的V^(5+),能抑制BiVO_(4)光阳极表面V^(5+)/V^(4+)还原过程,减少复合中心表面态,同时引入更多氧空穴,增加活性位点表面态。CIP的降解反应受表面活性位点控制。表面W掺杂能有效促进CIP降解的电荷转移,提高BiVO_(4)光阳极光电催化降解性能。

Ce掺杂Ni_(2)P纳米片的电子调控促进高效析氧

设计高效非贵金属析氧反应(OER)电催化剂对电化学能量转换具有非常重要的意义.本文通过水热法和煅烧法,成功制备了铈(Ce)掺杂磷化镍(Ni_(2)P)纳米片催化剂Ce-Ni_(2)P.微量Ce掺杂使催化剂表面产生丰富的磷空位,并显著调控了催化剂表面的电子结构,优化了催化活性位的化学价态.得益于Ce掺杂对催化剂表面的电子结构调控,Ce-Ni_(2)P催化剂在碱性电解液中表现出优异的OER性能和长期的稳定性.在50和100 mA/cm^(2)电流密度下,Ce-Ni_(2)P的OER过电位分别为241和281 mV,显著优于Ni_(2)P和商用RuO _(2)的过电位.

锶改性二硫化钼自支撑电极的制备及其光电催化析氢性能

光电催化分解水制氢技术是制备“绿氢”的有效途径之一,开发低成本、高稳定性、高光电析氢效率的光电阴极是推动光电水解技术发展的必要途径.采用一步水热法制备了碱金属元素Sr改性的二硫化钼(MoS_(2))自支撑电极,并进行了光电水解制氢反应的应用研究.通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光发射光谱(PL)等测试对Sr改性的MoS_(2)电极的物相结构进行表征与分析.结果表明,Sr原子以SrMoO_(4)的形式进入MoS_(2)晶体结构中,使其晶格缺陷增加,从而增加了光电阴极的析氢活性位点.此外,Sr的引入同时可降低光生载流子的复合概率.通过优化Sr的加入量并对所制备的自支撑电极光电催化析氢性能进行测试,可以发现适量的Sr改性可有效提升光电催化析氢性能.其中,当Sr加入量为5%时,所制备的Sr改性MoS_(2)自支撑电极光电响应电流密度提升了20%.这种通过对MoS_(2)进行碱金属元素改性的方法,为提升非贵金属催化剂的光电催化性能的研究提供了新的借鉴.

电化学技术在废水处理中的应用研究进展

随着国内高质量发展的不断推进,公众对水环境污染治理需求日趋提高,电化学水处理技术凭借其优势已经成为解决水污染问题和水资源危机的重要手段。本文总结概述了电化学在环境保护中的优越性,综述了电化学技术处理环境污染物的基本原理,分析了电化学体系研究进展和存在的问题,同时,基于减少工艺系统能耗、降低成本、尝试与传统工艺联合应用等方面,展望了电化学在环境治理领域的应用前景和发展方向。

PtIr/CF双功能电极在氨水制氢中的电催化性能研究

以碳纤维纸(Carbon Fiber,CF)为基底,通过可控电沉积制备了PtIr/CF双功能催化电极,并对其在氨水制氢中的电催化性能进行研究。结果表明,Pt､Ir均匀沉积在基底纤维骨架上,呈花簇状分布,表面形成的针形纳米枝晶为催化反应提供丰富的活性位点。当其用作氨氧化反应(Ammonia Oxidation Reaction,AOR)的阳极时,在1.5 mol/L KOH+1.5 mol/L NH_(3)的混合电解液中,PtIr/CF催化电极显示出0.39 V(vs.RHE)的AOR起始电位和134.4 mA/cm^(2)的电流密度;而当其作为阴极用于析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)时,PtIr/CF催化电极在0.121 V(vs.RHE)的电压下实现了100 mA/cm^(2)的析氢性能,并显示出优于Pt/CF电极的电催化性能和稳定性。

GCr15轴承钢在电化学-机械加工中的电化学特性

GCr15轴承钢的高硬度特性造成其加工过程中刀具磨损快、加工品质不稳定等问题。电化学-机械加工方法在加工高硬度且能导电的材料方面具有独特优势。采用极化曲线法、电化学阻抗谱和莫特−肖特基曲线测试,考察了GCr15轴承钢在NaCl、NaClO_(3)和NaNO_(3)三种电解质溶液中的自腐蚀电位,以及电解质的类型与浓度对GCr15轴承钢电化学特性的影响。结果表明:GCr15轴承钢在NaCl电解液中不存在钝化区,在NaNO_(3)和NaClO_(3)电解液中存在稳定的钝化区,而质量分数为20%的NaNO_(3)电解液更有利于形成稳定的钝化区。在稳态钝化电位区间内形成的钝化膜的厚度和阻抗因钝化电位不同而不同,如何使其更有利于材料的电化学-机械加工有待进一步研究。

PEDOT:PSS/PAN纳米纤维复合纱线晶体管制备及性能

为得到高调制性能的柔性有机电化学晶体管(OECTs),采用共轭静电纺纱技术制备以涤纶线为芯纱聚丙烯腈(PAN)为壳层的芯-壳结构复合纳米纤维纱线,PAN浓度为12%时,复合纳米纤维纱线拉伸强度为18.6 MPa,比面积为1.078 m2/g。通过在纱线上负载聚(3,4-乙烯二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)作为OECTs的沟道材料,并构建为平行结构纱线OECTs。晶体管的调制性能测试表明该纱线晶体管可以通过控制栅极电压实现电解质对PEDOT∶PSS沟道不同程度的掺杂/去掺杂效应,进而调制沟道电流大小。

Ti/SnO_(2)-Sb-Ni-F电极的制备及其电催化降解罗丹明B性能研究

采用溶胶凝胶法和热分解法制备不同煅烧温度和涂刷次数条件下的Ti/SnO_(2)-Sb-Ni-F电极,并探究其对罗丹明B染料模拟废水的降解效果。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对其物相组成及表面形貌进行表征;运用循环伏安法(CV)、计时电流法和线性扫描伏安法(LSV)测试其电化学性能。结果表明:同一煅烧温度下,60次涂刷比30次表现出更加优异的电化学性能。其中60次涂刷,450℃煅烧温度下Ti/SnO_(2)-Sb-Ni-F电极具有更高的析氧电位(2.1 V),更优的电催化活性以及更高的稳定性。在降解实验中,其在20 min内对罗丹明B的降解率为98.8%。因此,该电极在废水处理领域具有较好的应用前景。

CMC改性纳米Ni/Fe双金属材料去除对硝基苯酚的研究

制备了CMC改性纳米Ni/Fe双金属材料,考察CMC-纳米镍/铁双金属材料对水体中对硝基苯酚去除的影响因素。结果表明,该材料对PNP的去除率随镍铁比的升高先增加后下降,最佳镍铁比为0.025;随PNP初始浓度的升高先增加后下降,最佳浓度为30 mg/L。反应受pH影响较大,PNP去除率酸性>中性>碱性,且在pH为5时,反应120 min去除率可达100%。CMC-Fe/Ni复合材料的红外光谱表明,CMC的官能团的振动吸收峰随Ni/Fe比增加振幅有所减弱,但整体结构相对稳定。

新工科背景下工科化学实验教学改革初探——以锌-二氧化碳电池实验设计为例

基于国际竞争新形势、我国“双炭”战略发展新需求、立德树人新要求等,为全面推动新时期工业转型升级,教育部提出建设“新工科”举措。对于普通高等工科院校,课程内容的教学改革刻不容缓。在此背景下,就我校工科化学实验课程内容进行改革探索,将科研课题“锌-二氧化碳电池的组装”设计成工科化学创新实验,将科学前沿成果有机融入教学过程中,推进创新人才培养,重在激发学生的学习兴趣,提高学生的科研素养,培养学生的创新思维、分析问题和解决问题的能力。

简易电沉积法制备CoFe-P催化剂用于高效析氧反应

开发低成本、高活性且稳定的非贵金属催化剂是实现大规模电解水制氢的关键所在。在此,我们通过简便、合理的电沉积法在泡沫镍(NF)上构建了一种具备超薄二维纳米片形貌的高度非晶相Co1Fe1-P薄膜用于高效催化析氧反应(OER)。在1.0mol·L^(-1)KOH溶液中,所制备的Co1Fe1-P/NF催化剂在电流密度为10和100 mA·cm^(-2)处的过电位分别为274.4和329.5 mV,Tafel斜率仅为45.3 mV·dec^(-1),可以媲美商业RuO2催化剂。此外,Co1Fe1-P/NF催化剂在10 mA·cm^(-2)的100 h计时电压法测试和1000次循环伏安法测试中均表现出卓越的催化稳定性。Co1Fe1-P/NF催化剂优秀的催化活性归因于其独特的形貌、高度非晶相结构提供的低能垒、优化的电子结构以及钴磷化物和铁磷化物的强协同效应。

锂离子电池正极材料的研究进展

锂离子电池因其能量密度大、比容量高、使用寿命长等优点,已成为广泛应用的储电设备。随着新能源汽车市场的强劲发展,要求作为动力电池的锂离子电池性能进一步提升,而正极材料是锂离子电池最为重要的组成部分,开发研究性能更好、比容量更高的正极材料是进一步提高锂离子电池能量密度的关键,目前,研究的锂离子电池正极材料主要有锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物及锂铁化合物等。本文对主要的锂离子正极材料研究应用现状进行了探讨分析,对其发展趋势进行了预测,可为锂离子电池的深入研究提供一定的参考借鉴。

电沉积法制备电极材料MnO_(2)·nH2O的研究

MnO_(2)电极材料的制备方法很多,但电沉积法可一步制得电极,工艺简单、能耗较低,本实验以不锈钢片作为电沉积基体,采用动电势沉积法制备超级电容器用MnO_(2)·nH2O。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安扫描法(CV)等分析方法,测试其表面微观形貌、电化学性能。实验结果表明:以浓度为0.75mol·L^(-1)的MnSO4作为电解液,反应温度为70℃,在0.3~0.95V电压范围内,以400mV·S^(-1)的扫描速率电沉积,可制备α-MnO_(2)薄膜,其比电容达到425F/g。

电化学合成环氧乙烷和环氧丙烷的研究进展

环氧乙烷(EO)和环氧丙烷(PO)均是重要有机化工中间体,以可再生电能为驱动力由烯烃环氧化合成环氧化合物能够实现高纯度、高选择性环氧化合物的生产,同时可以减少CO_(2)排放,节约能源。EO的电合成途径主要有固态电解池直接氧化法和卤素介导的间接氧化法;PO的电合成途径主要有H_(2)O_(2)直接环氧化和H2O电解产生的氧活性中间体的直接环氧化。介绍了电化学合成EO和PO的研究进展,重点阐述了合成环氧化合物的间接氧化法和直接氧化法,并对电化学合成EO和PO的应用前景进行展望。

二硫化钼基催化材料的设计及其电解水应用研究进展

电解水制氢作为可再生能源发展的重要途径被人们广泛研究。高效的催化材料能有效降低电解水的过电位,是电解水的关键。MoS_(2)基催化材料已成为开发电解水的高效催化剂的最有前途的材料之一。从原子和分子水平的结构优化上总结和比较了MoS2基催化材料诸多的设计思路和制备方法;综述了增加活性位点、催化机理和电解水应用等方面的成果;最后分析了Mo S2基催化材料电解水及其制氢商业化的挑战。

微生物燃料电池阳极材料的研究概况

综述了不同种类阳极材料(碳基材料、金属基材料、改性材料、天然材料和新型材料)在微生物燃料电池中的研究进展,对阳极材料在微生物燃料电池中作用机理进行了总结。探究了不同阳极材料所产生的输出功率、功率密度、电压、电流密度以及对污染物的降解效果,分析了提升产能的原因。对微生物燃料电池阳极材料的不足之处进行了阐述,对其未来发展提出了展望。