希托夫法测定离子迁移数实验的教学改革研究

希托夫法是物理化学实验中测定离子迁移数的传统方法。在教学实践中发现,传统实验装置及操作方法易因待测溶液对流、扩散或人为操作失误等问题导致测定的离子迁移数不准确,因此有必要改进该实验的装置和操作方法。本文提出通过调整测量装置中U型迁移管的玻璃活塞数量,改进装液、溶液收集、滴定操作等实验步骤,降低实验操作难度,增加同批样品的滴定分析次数,提高实验结果的准确性。同时减少近70%的废液产生量,降低了教学成本,减少了环境污染。本研究能够激发学生的实验研究创新意识,促其建立污染物减排的环保观念。

GIS设备内SF6气体泄漏检测技术创新研究

现有技术中的变电站GIS设备内SF6气体泄漏浓度较大,检测精度较低。试验设计了TMS+XD芯片提高巡视机器人性能,采用离子迁移法设计SF6检测技术,利用扫描窗口提供的SF6浓度分析离子波谱,可精准地判断气体泄漏规律;采用差分能量检测(DED)算法和概率学公式掌握SF6气体泄漏浓度,进而制定出最佳填充范围,增加变电站GIS设备的安全性。试验结果表明:研究检测系统输出的SF6泄漏浓度为15.8 mol/mL,检测精度为92.5%,SF6气体泄漏浓度少,检测精度高。

铵根离子预嵌入对二氧化锰正极材料放电行为的影响

为了缓解锰基正极材料在水系锌离子电池充放电过程中引起的结构塌陷,预嵌入分子和离子是一种有效的解决手段。通过简单的水热法,将与锌离子半径相近的铵根离子(NH_(4)^(+))预嵌入α-MnO_(2)材料中,制备了一种水系锌离子电池正极材料(NMnO_(2))。铵根离子的预嵌入稳固了锰基材料的宿主结构,降低了电化学过程中的电荷转移势垒,进而提高了正极材料的反应动力学。结果表明:所组装的锌离子电池在电流密度0.5 A/g下的初始比容量达到304.1 mA·h/g,充放电循环1000次后容量保持率为77.7%;在1 A/g下的电流密度下初始比容量为183.5 mA·h/g,经过2000次循环后,电池比容量仍然达到138.7 mA·h/g,容量保持率为75.5%。此外,等效模拟电路的计算和CV曲线测试结果表明,扩散作用和赝电容行为的共同作用机制有效地提升了锌离子电池的倍率性能。

揭示金属锂负极电化学行为的影响因素:电子转移和锂离子输运

锂金属负极被认为是下一代储能电池中最有应用前景的负极材料。然而,严重的且无法避免的锂枝晶生长和潜在的安全隐患阻碍了其实际应用的发展。结构化碳基集流体负极结构能改善锂离子的输运,还能减缓电子转移的速度,同时已被证明能有效地抑制锂枝晶生长,但仍需更深入地理解基本的电化学原理来研究电荷转移和离子输运的协同作用。本文模拟并量化了控制锂离子电化学行为的两个关键过程,即电子转移和锂离子输运因素。通过有限元法可视化了三维电池模型(锂//电解液//锂)中的局部沉积速率,过电位以及锂离子浓度,揭示了锂离子输运速度和电子转移之间的竞争关系。当电子转移相对较慢时,负极表面附近有足够的锂离子可以发生反应,锂负极的沉积行为则由电子转移控制。然而,在锂离子的输运速率低于电子转移速率的情况下,负极表面的锂离子将会持续消耗,出现锂离子耗尽的情况,锂离子输运将主导锂负极的沉积过程,最终导致锂枝晶形貌。因此,在快充条件下和实际应用中,降低锂负极的反应活性和加速锂离子输运是获得锂金属负极均匀沉积形貌的关键。

聚合物电解质P(VDF-HFP)/PVP的制备和性能研究

以聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)与聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HFP)]的混合物为基质,用相转移法制备了聚合物电解质P(VDF-HFP)/PVP。采用扫描电子显微镜、交流阻抗和线性扫描伏安方法对聚合物电解质进行了表征,并对组装的Li-CoO2/Li聚合物锂离子电池进行了性能检测。结果表明:这种聚合物电解质具有丰富的微孔,吸液率可达到530%,电化学稳定窗口为5.50 V,室温下的离子电导率为5.85×10-3S/cm;聚合物锂离子电池0.1C充放电时,首次放电容量为136mAh/g,放电平台约为3.88 V;30次循环后,放电容量仍保持在139 mAh/g。循环过程中,充放电效率为98.9%,1C放电容量为0.1C放电容量的94%。

希托夫离子迁移数测定仪的改进

采用双管式测量装置测定离子的迁移数 ,不仅使用简便 ,而且测定结果准确性较高 ,能满足实验要求。

改善氯离子对脱硫石膏制品性能影响的方法研究

研究了有机硅防水剂、矿物掺合料以及水灰比等对氯离子在脱硫石膏制品(以纸面石膏板为例)中的迁移情况以及对制品性能的影响。结果表明,掺加适量的防水剂不仅可以有效提高纸面石膏板的纸板粘接能力,还能改善其耐水性能;掺加适量的矿物掺合料可以在不影响石膏制品性能的前提下提高对氯离子的固化能力;水灰比对石膏板中氯离子的迁移及纸板粘接性能有重要影响,在不影响其工作性的前提下,水灰比越低,对氯离子的固化效果越好。

迁移管形状对希托夫法测定离子迁移数结果的影响

在希托夫法测定Cu^(2+)离子迁移数的物理化学实验教学中,目前常用直形和U形两种类型的迁移管,其中使用U形迁移管从阴极区溶液浓度变化算出的迁移数误差较大。以CuSO_4为电解质,Cu电极为电解电极,采用分光光度法分别测定了通电后直形、U形和n形三种迁移管中CuSO_4溶液浓度随高度的分布情况。研究发现,迁移管的形状对中部区溶液的浓度有较大影响。对于U形和n形迁移管,由于阴极位于迁移管底部,主要受重力作用引起的对流因素的影响,通电后中部区浓度会发生明显改变,并影响到阴极区溶液浓度,导致误差较大;使用直形迁移管受该因素的影响很小,能得到更为准确的结果。

动画仿真在物理化学实验教学中的运用

以希托夫法测定离子迁移数为例,自行运用flash动画软件制作了仿真实验动画的教学运用,模拟了实验过程中的实验现象和原理。

锂离子电池正极材料Li_(1+y)Z_nxMn_(2-x)O_4的相转移法合成及性能研究

采用相转移法制备富锂掺锌的锰酸锂前驱体,然后在空气中进行焙烧反应合成了尖晶石型的Li1+yZnxMn2-xO4粉体材料,并测试其结构形态特征。考察了该法合成的工艺条件对合成试样粉体产物电化学性能的影响。结果表明:当nLi:nZn:nMn=1.1:0.1:1.9时,反应时间为2h,在750℃空气环境下焙烧10h合成试样粉体过程较为简单,电极试样以10mA/g的恒电流密度充电至4.5V,并以相同的10mA/g恒电流密度放电至3.0V,其放电平台稳定在3.9V,比容量达到120mAh/g,性能稳定。

多孔二氧化硅中Gd^(3+)→Eu^(3+)的能量传递

通过水热反应法,获得了单掺和双掺Eu3+,Gd3+的多孔二氧化硅组装体,研究了掺杂体系的光谱特性,观察到Gd3+→Eu3+的能量传递。分析了能量传递过程,探讨了在多孔二氧化硅中Gd3+→Eu3+的能量传递的机理,其机理主要为电偶极鄄电偶极相互作用。

希托夫法测定离子迁移数实验的改进

希托夫法是测定离子迁移数的一种常用方法,为适应学生实验对时间和评测的要求,对希托夫法测定离子迁移数的实验设备、实验和计算过程进行了一定的改进和完善,在阴阳极和中间区域增加了三通活塞,方便赶除气泡,选择滴定阴极或者阳极其中一个极区的溶液以保证实验时间安排的合理性,并在初步实验过程中取得了良好的实际效果。

界面移动法测定H+离子迁移数实验的改进

物理化学实验教学中多用界面移动法测定H+离子迁移数。但传统的界面移动法存在许多不足,虽然经过多次改进,由于改进不全面和某些细节问题探讨不够,导致实验效果不理想。针对上述问题进行改进,得到实验效果好,实验误差小。能直观、清晰呈现其实验测试原理,且结构简单,操作方便,安全性好。对环境友好的实验装置和与其匹配的实验方法,应用于学生实验教学中,取得满意的教学效果。

p(AA-co-CTS)两性型规整吸附介质的制备及动态吸附性能

以丙烯酸(AA)、壳聚糖(CTS)为单体,选用抗坏血酸(VC)为还原剂取代传统胺类还原剂,通过低温冷冻聚合法一步制备了富含—COOH基团和—NH2基团的两性型规整吸附介质p(AA-co-CTS),聚合时间从文献报道的18h缩短至5h。通过SEM对p(AA-co-CTS)规整吸附介质进行表征,其内部孔隙连续,孔径范围为100～500μm。聚合最优配方为:引发剂过硫酸铵(APS)与VC总质量分数为0.75%(以聚合体系总质量计,下同),VC与APS的质量比为0.5∶1.0,单体总质量分数为7%(以聚合体系总质量计,下同),m(CTS)∶m(AA)=0.2∶1.0,交联剂N,N?-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)质量分数为1.05%(以聚合体系总质量计,下同)。借助吸附传质单元数(NTU)法探究了传质参数与多肽吸附操作条件的关系,并确定最佳吸附条件为:吸附液流速3～4 mL/min,吸附温度293.15 K,进料液质量浓度400～500 mg/L。所制备的两性型分离介质属于超大孔隙规整介质,最大动态吸附容量为74.5～79.4 mg/g,应用上可取代传统吸附工艺中需过滤、离心及层析等单元操作的散装吸附树脂介质。

锂离子电池正极材料LiMg_xMn_(2-x)O_4的合成及性能

利用相转移法合成了LiMgxMn2-xO4前驱体,在电炉中于一定温度下烧结一定时间,得到锂离子电池正极材料粉体,并利用XRD、SEM、IR等对材料粉体进行结构形态表征.考察焙烧温度、焙烧时间、Mg的掺杂含量等对产物结构和电化学性能的影响.实验结果表明:当Mg的掺杂量x=0.06,于750℃焙烧15 h时所制备的样品材料结构稳定且呈尖晶石型,样品电极的充放电性能良好,首次放电比容量达125 mAh/g,放电平稳,样品电极可逆循环性能良好.

锂离子电池正极材料LiAlxMn2-xO4的合成及性能

本文采用相转移法合成掺杂有Al的LiAlxMR2-xO4粉体正极材料，分析合成条件（反应时间、烧结温度、烧结时间、掺杂比等）对电极电化学性能的影响，确定优化合成方案。并且对样品粉体进行结构形态表征。然后在优化条件下合成材料粉体并组装成锂离子电池，测试其充放电性能、循环伏安特性。

Ag^+-Na^+离子交换波导的折射率分布分析

用热扩散法制备了Ag+ -Na+ 离子交换光波导 ,对实验所得光波导测量了有效折射率 ,用逆分析转移矩阵方法得到了它们的折射率分布 .

界面移动法测定离子迁移数实验的优化

在基础物理化学实验界面移动法测定离子迁移数中,针对传统实验方案所用镉电极存在的不足之处,改用铜电极进行了平行对比实验,发现采用铜电极的实验方案在保证实验数据有良好准确度的前提下,既能降低电极材料的毒性,也能降低实验相关设备的配置要求。

Hittorf法测定离子迁移数实验的改进

以不同浓度的CuSO_4溶液为电解质,Pt电极和Cu电极分别为电解电极,通过观察通电前后电解质溶液阳极区和阴极区颜色的变化,定性分析离子的电迁移现象。通过电极上产生/溶解Cu的变化量以及CuSO_4溶液浓度的变化,计算了不同浓度CuSO_4溶液中离子的迁移数,并对浓度等因素对迁移数的影响规律进行了探讨。本文对传统离子迁移数的实验进行了改进,旨在加深学生对离子电迁移现象的认识及对迁移数概念的理解。

钠离子电池聚丙烯腈复合Na2SiO3固态电解液研究

针对水系Na电池性能问题,提出了一个新的替代方案。采用聚丙烯腈(PAN)为载体,通过复合无机盐Na2SiO3,使用相转移法制备固态电解质材料,并对新电解液体系的电化学性能通过交流阻抗、循环伏安法、充放电循环等方法进行了测试。结果表明,相转移法可以将钠盐复合于聚合物中,且其中的钠离子可以完成传输,与水系电解液相比,2种电池性能相近,因此,PAN复合Na2SiO3完全可以作为水系钠电池的替代体系,并解决了水溶剂在高电压下分解的问题,具有很好的应用前景。