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广义氢能体系和相关电化学技术
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作者 王功伟 肖丽 庄林 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第1期1-8,共8页
电化学能源储存与转化对于可再生能源电力消纳,以及绿色低碳的新能源结构和化工体系构建具有重要意义.氢能作为其中一种典型的二次清洁能源,一直备受关注.通常认为氢能是一种以氢气(H_(2))作为能源载体的能源生产、储运和利用体系.然而... 电化学能源储存与转化对于可再生能源电力消纳,以及绿色低碳的新能源结构和化工体系构建具有重要意义.氢能作为其中一种典型的二次清洁能源,一直备受关注.通常认为氢能是一种以氢气(H_(2))作为能源载体的能源生产、储运和利用体系.然而,氢能作为一种化学能,储存于H–H化学键之中,而非孤立的H原子.本文提出广义氢能体系,涵盖所有含H化学键(例如H–H,C–H,N–H等)形成或断裂过程伴随的能量储存或释放,即氢能载体不仅限于H_(2),亦可为其它含氢化合物(例如碳氢化合物、氮氢化合物).本文针对氢能储存于H–H(氢循环)、C–H(碳循环)和N–H(氮循环)所涉及的几种关键电化学技术研究现状进行总结.对于氢循环,目前H_(2)生产仍依赖化石资源,受限于电解成本高,采用电解水制备的H_(2)仅占很小比例.电解成本受电价、电解设备造价、电解效率等多重因素影响,目前商业化的碱性水电解器和质子膜水电解器技术均存在各自难以解决的问题,碱性膜水电解器技术能够集前二者所长,有望实现H_(2)的低成本、大规模制备,但其目前处于商业化起步阶段;燃料电池技术是H_(2)化学能高效释放利用的重要途径,质子膜燃料电池已经进行商业化,但成本较高.碱性膜燃料电池有望大幅降低成本,目前受限于高性能非贵金属催化剂和碱性聚电解质等关键材料开发.对于碳循环,鉴于很多碳氢化学品在化工体系及日常生活中的重要应用,如何通过非化石资源制备高价值碳氢化合物具有重要意义,CO_(2)电解转化是一条极具前景的技术路径.分别从CO_(2)电还原的催化路径控制和电解器件技术开发两方面进行剖析,明晰不同产物的反应路径、从电极催化剂和电解质微环境两个维度构筑高效催化界面,以及发展纯水膜电解器技术,将有助于促使CO_(2)电解转化从实验室研究走向工业化应用.对于氮循环,目前合成氨工业能耗高、碳排放量大,电化学N_(2)还原是一条具有应用前景的绿色氨合成路径,但由于N≡N键活化困难,导致转化速率极低.除了催化剂设计合成之外,在催化界面引入其它附加作用协同N_(2)活化、与其它反应物共还原或采用其它物理手段等促进N_(2)活化,将为电化学N_(2)还原合成氨带来新的机遇.归纳了相关电化学技术研发面临的主要问题.对于制H_(2)、CO_(2)还原和N_(2)还原的电解技术,目前阳极主要耦合氧析出反应,产生的O2经济价值较低,如果耦合其它高价值有机物的氧化合成,不仅提升电解转化整体经济性,还可同时能带来其它附加优点.综上,本篇观点文章认为氢能不应局限于以H_(2)为能源载体,而是可以拓展为其它含氢化合物.水可以作为廉价清洁的质子源,是氢能成为可再生电能高效储存利用的原因之一.本文剖析了几种重要的相关电化学技术的研发现状,旨在揭示研发及实际应用所面临的关键限制.未来,随着这些电化学技术的发展成熟,将有助于促进广义氢能体系的建立,从而为降低碳排放和实现能源结构转型提供重要支持. 展开更多
关键词 氢能 燃料电池 水电解 CO_(2)电解 N_(2)电解
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介孔碳载体缓解碱性聚电解质燃料电池阳极水淹
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作者 江文涌 葛创新 +3 位作者 王功伟 陆君涛 肖丽 庄林 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第2期51-58,共8页
碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE... 碱性聚电解质燃料电池(APEFCs)相较于目前研究最多的质子交换膜燃料电池(PEMFCs),其优势体现在阴/阳两极均可使用价格低廉的非贵金属催化剂,有望降低燃料电池的使用成本.APEFCs的研究在过去20年飞速发展,主要集中在高效碱性聚电解质(APE)隔膜和阴/阳极催化剂等关键材料的研发.目前,APEFCs的性能已接近于PEMFCs,针对其研究也逐渐从关键材料的研发扩展到电池的稳定性和水管理等更深层次问题.相较于PEMFCs,APEFCs的水管理问题更为复杂.每当阳极产生4个水分子,阴极会消耗2个水分子,容易导致阴极缺水和阳极水淹,进而影响电池的性能和稳定性.对APEFCs水管理的优化将是实现电池性能和稳定性突破的重要方向.本文主要研究碳载体对APEFCs水管理的影响,合成了一系列介孔碳负载的Ru催化剂(Ru/MCP-x,x为MCP的孔径,x=30,50,100 nm),并以Ru/XC72催化剂为对照.扫描电镜和N2吸附-脱附结果表明,介孔碳载体具有三维贯通的孔结构,而XC72为实心碳颗粒.溶液电化学测试结果表明,不同催化剂在0.1 mol/L的KOH溶液中的氢氧化反应(HOR)活性相当.以Ru/MCP-x和Ru/XC72为阳极催化剂进行电池装配(记为Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池),结果表明,当使用高进气流量(1000 mL/min)时,Ru/MCP-x电池和Ru/XC72电池性能接近;当使用更接近实际工况的低进气流量(200 mL/min)时,所有电池性能均有所下降,且降幅存在明显差距.其中,Ru/MCP-50电池和Ru/MCP-100电池的降幅分别为36%和35%,而Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池的降幅分别为43%和72%.通过在低进气流量下改变进气湿度,结果发现,Ru/MCP-30电池和Ru/XC72电池性能大幅下降的原因是阳极发生水淹.弛豫时间分布(DRT)方法可以将不同弛豫时间的极化过程在时域中分离开来,从而可以分辨各极化过程对电池性能的影响.利用电化学交流阻抗(EIS)技术结合DRT方法进一步分析各电池在不同电流密度下的阻抗行为,DRT结果表明,在低进气流量下Ru/XC72电池的传质极化电阻显著高于Ru/MCP-x电池,说明阳极水淹导致了Ru/XC72电池的气体传质受阻,因而电池性能大幅下降.当MCP孔径增加至50和100 nm时,传质极化电阻在不同电流密度下始终处于较低水平,电池未发生明显水淹.这说明孔径的增加有效地缓解了低进气流量下阳极的水淹问题,从而保持较高的电池性能.综上,本文利用EIS-DRT方法比较了不同阳极碳载体对APEFCs性能和气体传质极化电阻的影响,表明介孔碳载体有利于缓解APEFCs中的阳极水淹问题,具有作为阳极载体的潜力. 展开更多
关键词 介孔碳 碱性聚电解质燃料电池 水淹 弛豫时间分布
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基于镍铁层状双氢氧化物的氧析出催化剂:催化机制、电极设计和稳定性
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作者 王往 刘宇澄 陈胜利 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期12-44,共33页
近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质... 近几十年来,氧析出反应因其在能量储存和转换技术中的关键作用而受到了广泛关注。然而,它需要高效的催化剂例如IrO2和RuO2,来加速其缓慢的反应动力学。在所开发的低成本材料中,镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDH)较为有前景,其在碱性电解质中表现出出色的氧析出性能,过电位很低,在10 mA·cm^(-2)处仅需200-300 mV。虽然人们在开发基于NiFe LDH的高效电催化剂方面做出了巨大努力并取得了一些成果,但是要进一步降低其过电位具有相当的挑战性。为了克服这个瓶颈,就需要明确识别其活性位点和催化机理,从根本出发来探究新的解决方案,以获得具有超低过电位的催化剂。本综述首先回顾了NiFe LDH的结构、组成和发展历史。虽然人们在研究催化活性位点和机制方面付出了巨大努力,但其真正的催化位点和机制仍然是模棱两可并存在争议的。我们对催化位点研究的代表性工作进行了全面分析,希望对催化机理和活性位点能提供一些深入认识和理解。此外,我们还就增强其催化活性的各种策略,如杂原子掺杂和引入空位等,进行了总结并基于电子和几何结构对其活性提高原理进行了分类,为开发高性能的NiFe LDH基催化剂提供新的见解和方向。此外,催化剂的稳定性,尤其是在高电流密度等技术条件下的稳定性至关重要,但常常被人们忽视。最新的研究表明,NiFe LDH基催化剂在高电流密度下运行一段时间就会出现严重的活性衰减。因此,本综述强调了稳定性问题的重要性,以引起更多研究者对此问题的关注,并分析了NiFe LDH基催化剂的衰减机理,总结和讨论了基于这些衰减机理开发的改善稳定性问题的最新策略。最后,本综述讨论了制备兼具优异催化活性和稳定性的NiFe LDH基的高效催化剂的可能发展方向。 展开更多
关键词 镍铁层状双氢氧化物 氧析出反应 催化机制 电极设计 稳定性
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基于活性炭‖Na_(0.44)MnO_(2)的低成本、高倍率和长寿命碱性钠离子电池电容器
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作者 薛晴 李圣驿 +9 位作者 赵亚楠 盛鹏 徐丽 李正曦 张波 李慧 王博 杨立滨 曹余良 陈重学 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第2期87-88,共2页
水系钠离子电池电容器具有成本低、功率大、安全性好等优点,是下一代大规模储能系统的理想选择之一。本文采用Na_(0.44)MnO_(2)正极、活性炭(AC)负极、6mol·L^(-1)NaOH电解液和廉价的不锈钢集流体构建了可充电碱性钠离子电池电容... 水系钠离子电池电容器具有成本低、功率大、安全性好等优点,是下一代大规模储能系统的理想选择之一。本文采用Na_(0.44)MnO_(2)正极、活性炭(AC)负极、6mol·L^(-1)NaOH电解液和廉价的不锈钢集流体构建了可充电碱性钠离子电池电容器。由于Na_(0.44)MnO_(2)正极在碱性电解液中具有较高的过充耐受性,通过首次充电时的原位过充预活化过程可以解决半钠化Na_(0.44)MnO_(2)正极和AC负极初始库伦效率低的缺点。因此,AC‖Na_(0.44)MnO_(2)可充电碱性钠离子电池电容器具有优异的电化学性能,在功率密度为85 W·kg^(-1)时,能量密度达26.6 Wh·kg^(-1),循环10000次后容量保持率为89%。同时,在50℃的高温和-20℃的低温也具有良好的电化学性能。这些结果表明AC‖Na_(0.44)MnO_(2)可充电碱性钠离子电池电容器具备应用于大规模储能的潜力。 展开更多
关键词 钠离子电池电容 碱性电解液 过充自保护 低成本 宽工作温程
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Pb^(2+)促进乙醇氧化C―C键断裂的在线电化学透射红外光谱研究 被引量:3
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作者 万昭敏 魏星 +3 位作者 彭伟 尹征磊 肖丽 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1467-1472,共6页
近些年来,直接乙醇燃料电池(DEFC)凭借其能量密度高、绿色环保、毒性低等诸多优点受到了广泛关注,相关的机理研究重点关注的是如何高效地催化乙醇C―C键的断裂。本文通过建立电化学在线透射红外方法,对碱性体系下Pb^(2+)对Pt催化乙醇氧... 近些年来,直接乙醇燃料电池(DEFC)凭借其能量密度高、绿色环保、毒性低等诸多优点受到了广泛关注,相关的机理研究重点关注的是如何高效地催化乙醇C―C键的断裂。本文通过建立电化学在线透射红外方法,对碱性体系下Pb^(2+)对Pt催化乙醇氧化反应(EOR)的影响进行了研究。结果发现,在不同温度、催化剂载量和电势条件下,Pb^(2+)的加入都有利于Pt催化EOR活性的提高,同时能够提高乙醇氧化电流的稳定性。我们利用电化学在线透射红外光谱(ETIRS)方法对Pt催化EOR的反应产物进行了检测,发现Pb^(2+)存在时产物碳酸根的电流效率明显高于Pb^(2+)不存在时的结果,这一结果说明了Pb^(2+)存在下Pt催化EOR中C―C键断裂比例的提高可能是反应活性提高的重要原因。 展开更多
关键词 乙醇电氧化 碱性介质 C―C键断裂 Pb2+添加 透射红外光谱
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碱性聚合物电解质膜的表面锥形阵列结构提升燃料电池性能
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作者 张婧雯 马华隆 +10 位作者 马军 胡梅雪 李启浩 陈胜 宁添姝 葛创新 刘晰 肖丽 庄林 张熠霄 陈立桅 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第2期64-70,共7页
燃料电池作为一种清洁高效的能量转换装置,被认为是构建未来社会可再生能源结构的关键一环。不同于质子交换膜燃料电池(PEMFC),碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)的出现使非贵金属催化剂的使用成为可能,因而受到了日益广泛的关注和研究。... 燃料电池作为一种清洁高效的能量转换装置,被认为是构建未来社会可再生能源结构的关键一环。不同于质子交换膜燃料电池(PEMFC),碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)的出现使非贵金属催化剂的使用成为可能,因而受到了日益广泛的关注和研究。APEFC的关键结构是膜电极,主要由聚合物电解质膜和阴阳极(含催化层、气体扩散层)组成,膜电极是电化学反应发生的场所,其优劣直接决定着电池性能的好坏。因此,基于现有的碱性聚合物电解质及催化剂体系,如何构筑更加优化的膜电极结构,使APEFC发挥出更高的电池性能是亟待开展的研究。本文首先通过模板法在碱性聚合物电解质膜的表面构建出有序的锥形阵列,再将具有阵列结构的一侧作为阴极来构筑膜电极,同时,作为对比,制备了由无阵列结构的聚合物电解质膜构筑而成的膜电极,最后对基于两种不同膜电极的APEFC的电化学性能进行了对比研究。实验结果表明,锥形阵列结构可以将APEFC的峰值功率密度由1.04 W·cm^(−2)显著提高到1.48 W·cm^(−2),这主要归因于在APEFC的阴极侧具有锥形阵列结构的聚合物电解质膜的亲水性的提升和催化剂电化学活性面积的增加。本工作为碱性聚合物电解质燃料电池的膜电极结构设计与优化提供了新思路。 展开更多
关键词 燃料电池 碱性聚合物电解质膜 膜电极 阴极 阵列结构
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新型纳米结构推动燃料电池电极催化剂的发展 被引量:3
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作者 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1853-1853,共1页
燃料电池是一种不受卡诺循环限制、清洁高效地将化学能转化为电能的能源转换装置。电催化剂是燃料电池的核心部件,在很大程度上决定了最终的放电性能。目前,碳载纳米铂(Pt/C)是最被广泛使用的燃料电池阳极燃料氧化反应和阴极氧气... 燃料电池是一种不受卡诺循环限制、清洁高效地将化学能转化为电能的能源转换装置。电催化剂是燃料电池的核心部件,在很大程度上决定了最终的放电性能。目前,碳载纳米铂(Pt/C)是最被广泛使用的燃料电池阳极燃料氧化反应和阴极氧气还原反应(ORR)的电催化剂。 展开更多
关键词 燃料电池 电极催化剂 纳米结构 电催化剂 卡诺循环 转换装置 核心部件 放电性能
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γ-VOOH空心纳米结构的合成及其在电解水中的应用 被引量:2
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作者 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第2期265-265,共1页
能源和环境是现今涉及人类社会可持续发展的两大问题,正威胁着人们正常的生产和生活。随着工业、社会的发展以及石油等矿物能源消耗的不断增加,全球环境污染日益严重,而这些资源终将枯竭,所以发展一种清洁、可持续的替代能源是人类社会... 能源和环境是现今涉及人类社会可持续发展的两大问题,正威胁着人们正常的生产和生活。随着工业、社会的发展以及石油等矿物能源消耗的不断增加,全球环境污染日益严重,而这些资源终将枯竭,所以发展一种清洁、可持续的替代能源是人类社会亟待解决的问题。新能源如氢能、太阳能、风能等具有清洁、无污染、来源广泛、可再生、环境友好的特点,引起了全世界的广泛关注。 展开更多
关键词 替代能源 全球环境污染 矿物能源 电解水 人类社会 VOOH 研究与开发 可持续利用 氢能 过电位
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过渡金属硫族化合物用于电解水析氢研究的重要进展 被引量:2
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作者 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第6期1301-1302,共2页
氢能具有非常高的能量密度,且没有环境污染,因此对于洁净能源的利用开发是至关重要的。其中,电解水析氢(HER)作为一种高效、绿色的制氢途径而引起国内外科学家的关注。为了替代价格昂贵的铂基贵金属催化剂,亟需发展经济、高效的非铂... 氢能具有非常高的能量密度,且没有环境污染,因此对于洁净能源的利用开发是至关重要的。其中,电解水析氢(HER)作为一种高效、绿色的制氢途径而引起国内外科学家的关注。为了替代价格昂贵的铂基贵金属催化剂,亟需发展经济、高效的非铂电催化剂用于电解水析氢。近年来,威斯康辛大学麦迪逊分校的Song Jin教授和斯坦福大学的Yi Cui教授研究组提出一类价格低廉、 展开更多
关键词 析氢 电解水 贵金属催化剂 电催化剂 洁净能源 替代价格 能量密度 斯坦福 过渡金属 氢能
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基于电子离域与离子离域的协同作用调控银掺杂硒化钴纳米带的电解水性能
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作者 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第1期3-4,共2页
面对目前传统化石能源的消耗及其引起的环境污染问题,新型可再生能源愈发受到关注。氢能源作为一类新型清洁能源,在解决人类面临的能源与环境问题领域中具有巨大优势。电解水作为氢气来源的有效途径,其反应进程主要受制于阳极水电解析... 面对目前传统化石能源的消耗及其引起的环境污染问题,新型可再生能源愈发受到关注。氢能源作为一类新型清洁能源,在解决人类面临的能源与环境问题领域中具有巨大优势。电解水作为氢气来源的有效途径,其反应进程主要受制于阳极水电解析氧反应较高的过电势。为降低反应壁垒,各类催化剂被用于析氧反应进程中。 展开更多
关键词 电解水 协同作用 电子离域 纳米带 银掺杂 性能 硒化 调控
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3,4-乙烯二氧噻吩单体用作锂离子电池安全性改善添加剂的研究 被引量:3
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作者 吉维肖 王凤 +3 位作者 钱江锋 曹余良 艾新平 杨汉西 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期271-277,共7页
安全性是制约锂离子电池向电动汽车领域应用拓展的主要障碍之一.本工作提出了一种能够有效改善锂离子电池安全性的电解液添加剂3,4-乙烯二氧噻吩单体(EDOT),研究了EDOT在有机电解液中的电氧化聚合行为及其对Li Co O2电极高温热行为和电... 安全性是制约锂离子电池向电动汽车领域应用拓展的主要障碍之一.本工作提出了一种能够有效改善锂离子电池安全性的电解液添加剂3,4-乙烯二氧噻吩单体(EDOT),研究了EDOT在有机电解液中的电氧化聚合行为及其对Li Co O2电极高温热行为和电池安全性、电化学性能的影响.循环伏安(CV)和透射电镜(TEM)表征结果表明,单体添加剂能够在电池充电过程发生电氧化聚合,在正极表面形成一层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)导电聚合物膜.差示扫描量热(DSC)分析结果显示,PEDOT隔离了电解液与正极表面的直接接触,减少了过热条件下电解液在正极表面的分解放热.安全性测试结果表明,在电解液中仅添加0.1%的EDOT单体,即可将电池在150oC高温热冲击下发生热失控的时间推迟13.8 min.电化学性能测试结果表明,聚合产物良好的电子导电性能有效改善正极的电子传导能力,在一定程度上提高电池的倍率性能和循环稳定性,而容量、低温性能等基本不受影响,展示出良好的应用前景. 展开更多
关键词 锂离子电池 安全性添加剂 电氧化聚合 导电聚合物 3 4-乙烯二氧噻吩
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12-冠-4对非质子Li-O_2电池氧电极的影响(英文) 被引量:2
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作者 王晓晨 王英明 +5 位作者 刘威 白若鹏 刘艳芳 肖丽 陆君涛 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第1期343-348,共6页
Li-O_2电池放电产物Li_2O_2由于在有机溶剂中溶解度较差,会堵塞气体通道,这是Li-O_2电池面临的一个主要挑战。在本工作中,我们选择12-冠-4做为添加剂捕获Li^+,来研究其对氧电极放电产物溶解性的影响,并采用了多种电化学表征方法,包括循... Li-O_2电池放电产物Li_2O_2由于在有机溶剂中溶解度较差,会堵塞气体通道,这是Li-O_2电池面临的一个主要挑战。在本工作中,我们选择12-冠-4做为添加剂捕获Li^+,来研究其对氧电极放电产物溶解性的影响,并采用了多种电化学表征方法,包括循环伏安法和旋转圆盘电极等。结果显示,仅仅添加5%的12-冠-4就能明显提高氧还原产物O_2^-的稳定性,并减少固体Li_2O_2的生成。结合软硬酸碱和第一性原理计算对上述实验结果进行了解释。 展开更多
关键词 Li-O2电池 氧电极 冠醚 软硬酸碱理论
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碱性聚合物电解质燃料电池电极疏水性对性能的影响 被引量:2
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作者 谭力盛 潘婧 +2 位作者 李瑶 庄林 陆君涛 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期199-203,共5页
本文报道H2-O2型碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)电极疏水性对放电性能的影响.以季铵化聚砜(QAPS)或自交联型季铵化聚砜(xQAPS)碱性聚电解质(APE)作为隔膜和电极中的电解质(Ionomer)、聚四氟乙烯(PTFE)作为疏水添加剂调控催化层疏水性... 本文报道H2-O2型碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)电极疏水性对放电性能的影响.以季铵化聚砜(QAPS)或自交联型季铵化聚砜(xQAPS)碱性聚电解质(APE)作为隔膜和电极中的电解质(Ionomer)、聚四氟乙烯(PTFE)作为疏水添加剂调控催化层疏水性.结果表明,阳极催化层疏水性的增强有利于提升电池放电性能,而阴极催化层疏水性适中时电池性能最优.采用疏水性较强的xQAPS作为电解质并在阳极催化层中添加适量PTFE疏水剂,在60oC和100%相对湿度的条件下,280 mA·cm-2电流密度时,电池最高功率密度达132 mW·cm-2. 展开更多
关键词 碱性聚合物电解质燃料电池 催化层 疏水性 季铵化聚砜 聚四氟乙烯
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蜂巢状多孔明胶制备高性能超级电容器用活性炭 被引量:6
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作者 李道琰 张基琛 +1 位作者 王志勇 金先波 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2245-2252,共8页
近年来,以生物质为前驱体来制备碳材料因其资源丰富、廉价易得、无污染且可再生等优点而引起人们的广泛关注。本文将生物质明胶制备成呈蜂巢状的多孔结构,并以此为前驱体经碳化、活化制备活性炭。研究表明,与商品化明胶相比,由多孔明胶... 近年来,以生物质为前驱体来制备碳材料因其资源丰富、廉价易得、无污染且可再生等优点而引起人们的广泛关注。本文将生物质明胶制备成呈蜂巢状的多孔结构,并以此为前驱体经碳化、活化制备活性炭。研究表明,与商品化明胶相比,由多孔明胶所制备的活性炭其比表面积(可高达3692 m^2?g1)及超级电容器性能均有明显提升。在6 mol?L^(-1) KOH水溶液中,由多孔明胶经600°C碳化、700°C KOH活化所制备的活性炭,在1 A?g^(-1)的放电容量为357 F?g^(-1),即使在100 A?g^(-1)的大电流密度下,其比电容仍可维持在227 F?g^(-1)。活性炭样品也表现出优异的循环稳定性,在10 A?g^(-1)下经7500圈循环稳定性测试后,其初始容量保持率高达93.0%。而且,以该活性炭组装的对称型超级电容器,在250、2500及25000 W?kg^(-1)的功率密度下,其能量密度分别为10.3、9.7和8.2 Wh?kg^(-1);在10 A?g^(-1)下经10000次循环后,容量保持率高达97.6%。这些研究结果表明由蜂巢状多孔明胶所制备的活性炭在高性能超级电容器中具有巨大的应用潜力。 展开更多
关键词 多孔明胶 蜂巢状 活性炭 超级电容器
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醇/水混合溶剂中碱性聚合物电解质独特的溶解行为(英文) 被引量:2
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作者 吕康杰 彭燕秋 +2 位作者 肖丽 陆君涛 庄林 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第4期378-384,共7页
自聚集型季铵化聚砜(aQAPS)是一种高性能的碱性聚合物电解质(APE),已被应用于碱性聚合物电解质燃料电池(APEFCs)中。长期以来,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)一直被作为溶解aQAPS的最佳溶剂,但DMF的高沸点使其难以彻底除尽并可能会毒化电催化剂... 自聚集型季铵化聚砜(aQAPS)是一种高性能的碱性聚合物电解质(APE),已被应用于碱性聚合物电解质燃料电池(APEFCs)中。长期以来,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)一直被作为溶解aQAPS的最佳溶剂,但DMF的高沸点使其难以彻底除尽并可能会毒化电催化剂。在我们最近的实验中发现,虽然aQAPS不能溶解于乙醇、正丙醇或水中,但它可以溶解在这些醇和水的混合物中。这种尚未被理解的独特溶解行为能够极大地促进APEFCs中膜电极组件(MEA)的制备。本工作使用分子动力学(MD)模拟的方法研究了aQAPS在不同溶剂中的溶解行为,包括水、甲醇、乙醇、正丙醇、DMF以及这些非水溶剂与水的混合物。aQAPS链在单一溶剂中的构象与其在实验中观察到的溶解行为一致,但在含有水的混合溶剂中,aQAPS链往往处于更加蜷缩的状态。模拟结果进一步揭示了混合溶剂中的水扮演着双重角色。一方面,由于疏水作用,aQAPS链在加水时被压缩至收缩状态;另一方面,水可以驱动反离子(Cl^-)的离解,从而导致溶质-溶剂相互作用能的增强,促进aQAPS的溶解。在大多数混合溶剂中,这两种相互作用的总效果是增大了总的溶质-溶剂相互作用能,在能量上有利于aQAPS的溶解。本研究不仅能够加深我们对聚电解质溶解行为的基本认识,而且对于开发性能更优的APEFCs也具有技术指导作用。 展开更多
关键词 碱性聚合物电解质 溶解 醇/水混合溶剂 分子动力学模拟
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墨水溶剂对低铂含量质子交换膜燃料电池性能的影响(英文) 被引量:4
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作者 陈雯慧 陈胜利 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第5期517-522,共6页
由于铂的资源稀缺,开发用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的低铂含量电极至关重要。与传统的高铂含量电极相比,低Pt膜电极(MEA)中电解质离聚物的分布状态和电极的表面形态对其性能有着更重要的影响。本工作研究了催化剂墨水溶剂对所制备的... 由于铂的资源稀缺,开发用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的低铂含量电极至关重要。与传统的高铂含量电极相比,低Pt膜电极(MEA)中电解质离聚物的分布状态和电极的表面形态对其性能有着更重要的影响。本工作研究了催化剂墨水溶剂对所制备的低Pt含量(0.1 mg·cm^(-2))燃料电池阴极性能的影响。单电池测试表明,与其他溶剂相比,以异丙醇-水混合物作为溶剂所得到的电极具有最好的性能。通过扫描电镜和透射电镜的测试发现,该电极表面形貌和催化剂与离聚物的分散性的均匀性都有所改善。其原因是由于加入的水增强了溶液内的氢键作用,使溶剂蒸发速率减慢,同时也使溶剂的介电常数增加而提高离聚物的分散性。动态光散射的结果表明,催化剂与离聚物的粒子尺寸也受到溶剂的影响,最佳尺寸范围为400–800 nm范围内。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 膜电极 溶剂 氢键 介电常数
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Guanine-regulated proton transfer enhances CO_(2)-to-CH_(4) selectivity over copper electrode
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作者 Jun Gong Jinmeng Li +7 位作者 Chang Liu Fengyuan Wei Jinlong Yin Wenzheng Li Li Xiao Gongwei Wang Juntao Lu Lin Zhuang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第12期3101-3106,共6页
Electrocatalytic CO_(2) reduction has attracted growing attention as a promising route to realize artificial carbon recycling.Proton transfer plays an essential role in CO_(2) reduction and dramatically impacts produc... Electrocatalytic CO_(2) reduction has attracted growing attention as a promising route to realize artificial carbon recycling.Proton transfer plays an essential role in CO_(2) reduction and dramatically impacts product distribution.However,the precise control of proton transfer during CO_(2) reduction remains challenging.In this study,we present a well-controlled proton transfer through the modification of several purines with similar molecular structures,and reveal a direct correlation between surface proton transfer capability and CO_(2) reduction selectivity over Cu electrode.With a moderate proton transfer capability,the guanine modification can remarkably boost CH_(4) production and suppress C2 products formation.In-situ ATR-SEIRAS suggests a weakened^(*)CO intermediate adsorption and a relatively low local pH environment after the guanine modification,which facilitates the^(*)CO protonation and detachment for CH_(4) generation. 展开更多
关键词 CO_(2)electroreduction Surface modification GUANINE Proton transfer METHANE Copper
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