CO_2电化学还原过程中电解质研究现状及趋势

随着工业化的迅速发展,大气中CO_2含量逐步增加并造成日益严重的环境问题.合理利用CO_2并将其转变为有用的燃料或化学品,成为国际学术界和工业界共同关注的热点.电化学还原CO_2因反应条件温和、反应产物可调,且利用可再生或分布式电能,而受到研究者青睐.在CO_2电化学还原体系中,电解质为CO_2分子的传输及电化学还原提供了重要的环境,且作为导电介质,构成了闭合电路.研究表明,电解质种类、浓度和pH等均会改变电极表面反应环境的性质,影响产物的电流密度和选择性,在CO_2电化学还原过程中起到重要的作用.本文针对国内外CO_2电化学还原过程中各类电解质的研究现状及性能等进行了论述,重点总结了碱金属盐和离子液体两类电解质对电化学还原CO_2反应的电流密度、产物选择性和过电势等的影响,分析了CO_2还原生成不同产物的机理,展望了CO_2电化学还原电解质体系的研究和发展趋势.     

时间分辨光谱电化学进展

电极／电解质的界面动力学是当代电化学基础研究的核心领域及主要的发展方向之一,该方面研究希望能够从分子水平上对电极反应的基元步骤进行直接观察与分析。对时间分辨光谱电化学中的红外、Ｒａｍａｎ,紫外可见等光谱技术的循呼发展现状进行了系统介绍。     

全国第一欢电化学报告会

全国第一次电化学报告会于1963年11月5-11日在长春举行。参加报告会的有来自全国各地56个单位的55名代表和62名列席代表。会议共收到有关电解质溶液、金属溶液界面性质、交流电测量电极阻抗的理论分析、阳极氧化过程动力学和机构的研究、阴极还原过程动力学、用极谱法研究溶液均相动力学、极谱基本原理、熔盐电解、固体电解质、希土电解、金属电沉积、电化学新方法的研究、化学电源和其他电化学工艺的研究等方面的67篇研究工作报告。在电解质溶液方面,傅献彩、游效曾等提出了     

《应用电化学》

本书在阐明电化学基本原理基础上，系统地讨论了电化学原理在各个相关领域中的应用，涉及到环境科学、能量科学、生物学、信息科学与材料科学等诸多领域的电化学信息，反映出应用电化学学科的综合性、交叉性和实用性．本书共分为三部分：第一部分(第一～五章)为基础篇，主要阐述电化学体系、电解质溶液、电化学热力学、“电极／电解质溶液”界面的结构与性质、电极过程基本动力学性质及电催化等有关基础理论；     

用电子探针研究β″氧化铝内的钠沉积

β″和β氧化铝固体电解质内的钠沉积是引起其电化学器件退化或材料损坏的一个主要原因,近年来对其沉积作用进行了研究,主要的结果是:(1)钠沉积作用在充电时,即Na~ 转变为金属原子时发生,缘起于负极——固体电解质界面;(2)当在固体电解质表面上钠原子的生成速率大于传输速率时,沉积的金属钠向固体电解质内扩展生长,钠的生长通道呈枝蔓状;(3)钠沉积使陶瓷变黑和引起电子电导;(4)在电池内沉积钠通道与正极反应剂接触并反应时,释放大量化学热;(5)陶瓷在沉积钠的张应力作用下或上述热应力的作用下而破裂;(6)某些杂质,例如硅、钾、铁等的存在可能使钠沉积作用易于发生。     

无纺布支撑聚合物凝胶电解质锂离子电池

PVDF-HFP是制备聚合物电解质膜最常用的聚合物之一, 它具有成膜性好, 电化学性能优良等特点. 纳米SiO₂粒子均匀地分散在聚合物电解质膜中可以提高膜的孔隙率, 有利于提高聚合物电解质膜的离子电导率和电化学性能. 本文将无纺布在PVDF-HFP/SiO₂/丁酮/丁醇/增塑剂混合液中浸渍后, 真空干燥除去增塑剂制得多孔的无纺布支撑聚合物电解质复合膜, 并以其为隔膜组装聚合物锂离子电池(LiCoO₂/无纺布聚合物复合膜/MCMB), 对其电化学性能进行了表征. 研究结果表明, 无纺布聚合物复合膜具有一定的机械强度和良好的电化学性能. 室温下无纺布聚合物复合膜的离子电导率为3.35×10^-4 S/cm, 约相当于同样条件下普通隔膜的60%; 其电化学稳定窗口为4.8 V vs. Li⁺/Li. 使用无纺布聚合物复合膜组装的聚合物锂离子电池具有良好的倍率放电特性及充放电循环性能.     

聚合物基固体电解质研究进展

聚合物基固体电解质在高能量密度和高安全性固态电池领域具有良好的应用前景.然而,现有的聚合物基固体电解质在应用时仍然面临室温离子电导率低、电解质/电极界面接触差、电化学窗口窄等严峻挑战.本文从聚合物基固体电解质离子电导率的提升和界面性能的改善出发,重点阐述聚合物基固体电解质的发展现状及优化策略.首先,从两个方面总结了聚合物基固体电解质离子电导率的定向优化策略:构建连续、定向取向的离子传输路径和缩短离子传输距离;其次,总结了聚合物基固体电解质/电极之间的界面优化策略:构建润湿界面和制作非对称电解质,以降低电解质/电极的界面电阻,提升电解质/电极的界面相容性;最后,对聚合物基固体电解质和固态电池的发展前景进行了展望,并提出了该领域的重点发展方向以及先进的分析测试方法,为聚合物基固体电解质的研究和发展提供全面的了解和深入的指导.     

二氧化碳电化学还原概述

在过去的几十年里,二氧化碳(CO_2)电化学还原技术的迅猛发展越来越引起国际国内的广泛关注。此技术可以利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源及核电/水电的弃电,将温室气体CO_2还原为低碳燃料和有经济价值的化学品。这一技术可以促进废弃物(气体)利用以实现能源储存与转换,变废为宝,被认为是一种绿色环保、有发展潜力的CO_2处置方法。使用的催化剂和电解质不同,CO_2电化学还原过程给出的产物也不尽相同。本文概述了CO_2电化学还原的原理以及催化剂、电解质和反应器的发展现状。     

原位生长的纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢保护性能的研究

用化学方法在Q235钢表面原位制备了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜, 利用动电位极化曲线和交流阻抗谱等电化学测量技术, 考察了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜的电化学性能, 评价了在0.25 mol/L Na2SO4水溶液中纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢的保护作用, 并根据两种膜的化学特性和结构特点, 确立了相应的腐蚀历程. 研究表明, 原位生长在Q235钢表面的纯γ-FeOOH锈膜因参与阴极反应而促进了膜下基材的腐蚀, 对基材无保护作用; 原位生长在Q235钢表面的纯α-FeOOH锈膜为多孔结构, 并具有较高的阴极反应活性, 腐蚀过程受电解质在多孔膜中的扩散过程控制, 锈膜亦参与了腐蚀反应, 促进了膜下基材的腐蚀, 对基材无保护作用.     

PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的研究进展

聚合物固态电解质是解决目前商用锂离子电池安全问题的一个有效途径,其中,聚环氧乙烷(PEO)最早被提出用作聚合物电解质.因其具有良好的机械性能、电化学稳定性与热稳定性,在几十年的聚合物固态电解质的研究过程中一直是被关注的热点,但常温下低的离子电导率限制了其实际应用.本文从PEO基聚合物电解质所存在的问题出发,分别介绍了几种提高离子电导率的方法,对其研究进展进行了综述,最后总结了PEO基聚合物电解质在锂离子电池中的应用,并对未来的发展方向进行了展望.     

原位生长的纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢保护性能的研究

用化学方法在Q235钢表面原位制备了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜,利用动电位极化曲线和交流阻抗谱等电化学测量技术,考察了纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜的电化学性能,评价了在0.25mol/LNa2SO4水溶液中纯γ-FeOOH和α-FeOOH锈膜对Q235钢的保护作用,并根据两种膜的化学特性和结构特点,确立了相应的腐蚀历程.研究表明,原位生长在Q235钢表面的纯γ-FeOOH锈膜因参与阴极反应而促进了膜下基材的腐蚀,对基材无保护作用;原位生长在Q235钢表面的纯α-FeOOH锈膜为多孔结构,并具有较高的阴极反应活性,腐蚀过程受电解质在多孔膜中的扩散过程控制,锈膜亦参与了腐蚀反应,促进了膜下基材的腐蚀,对基材无保护作用.     

光电双活性偶氮苯自组装单分子膜的设计

具有光化学和电化学活性的有机分子在功能器件开发方面具有潜在的应用前景 偶氮苯衍生物是典型的化合物之一,如图1A所示,它具有光致顺反异构化和电化学氧化还原反应的双重活性.利用偶氮苯衍生物有序分子组装体系的光电化学性质,我们提出了“单向循环”的新型信息存储原理.在过去的工作中,我们利用Langmuir.Blodgett技术将偶氮苯长链脂肪酸衍生物分子固定在ITO导电玻璃上而形成高度有序的单分子膜.由于偶氮苯衍生物分子是物理吸附在基底上,在反复进行光化学及电化学测试过程中,常常脱落到电解质溶液中,从而造成单分子膜的脱落;同时偶氮苯从反式到顺式过程伴随着空间的增大,因此在致密有序的LB膜中顺反异构化效率较低.我们利用自组装技术将偶氮苯衍生物通过与基底的     

辐射交联反应温度对聚合物溶胶分数与剂量间关系通式的影响

通常,辐照可以使高聚物产生交联和裂解反应,究以那种反应为主,除取决于高分子链结构外,辐照温度的影响也是十分重要的。某些在常温下难以交联的聚合物,甚至是裂解型聚合物,在高温下却能发生交联。显然,辐照温度与高聚物的辐射交联反应或裂解反应的几率以及规律有着十分密切的关系。例如,提高交联反应温度,可使高分子链活动能力增加,从而使交联G值变大,凝胶化剂量变小。一般用溶胶分数(S)和辐照剂量(R)间的关系表征聚合     

锂离子在石墨烯材料中的嵌入脱出机制

采用还原氧化石墨法制备了石墨烯材料, 运用X 射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、充放电、循环伏安和电化学阻抗谱(EIS)等对其结构、表面形貌和电化学嵌锂性能进行了表征. XRD, SEM 和AFM 研究结果表明, 所制备的材料主要为层数少于10 层的石墨烯材料; 充放电结果表明, 石墨烯材料电极具有较高的可逆容量和较好的循环性能, 但也存在较大的首次不可逆容量, 不可逆容量主要归因于首次充放电过程中石墨烯材料表面固体电解质相界面膜(SEI 膜)的形成和充放电循环过程中石墨烯材料的自发堆叠. EIS 结果表明, 石墨烯材料电极表面SEI 膜主要在0.95~0.7 V 之间形成, 测得锂离子在石墨烯材料电极中电化学嵌入反应的对称因子α 为0.446.     

聚合物辐射交联中溶胶分数与剂量间的关系通式

过去大量实验证明,高分子材料在高能射线辐照下,同时会产生两种效应——交联和裂解。究以那种反应为主,除了环境气氛的影响外,取决于高分子链的结构。一般情况下,柔顺的高分子链易进行交联反应,僵硬的高分子链较易进行裂解反应。交联反应一般是通过射线产生的自由基进行复合而形成分子间的联结键,反应的主要地点是聚合物的非晶区。     

基于掺氮石墨烯纳米片的高活性氧还原反应催化剂

氧气的电化学还原反应(oxygenreduction reaction,ORR)被广泛应用于燃料电池与金属-空气电池的阴极反应中,由于该反应是个动力学慢反应过程,在普通电极上易产生较大的过电位,因此探索高活性、优良稳定性的ORR催化剂备受相关领域科研工作者     

一种新型的准固态电解质在染料敏化太阳能电池中的应用

用梳状的熔盐型聚合物固化含有机溶剂(如: 乙烯碳酸酯与丙烯碳酸酯混合物、三甲氧基丙腈、N-甲基 烷二酮)的液态电解质, 制备出一种新型的准固态电解质, 并应用于染料敏化太阳能电池中. 通过调节电解质中聚合物的含量, 优化了电解质的各种物理化学性能及组装电池的光电化学参数, 获得了这种新型准固态电解质的最佳组成配方, 准固态电池的光电转换效率达到6.58%(光强100 mW·cm^-2, AM 1.5). 聚合物的加入使电解质由液态转变为准固态, 抑制了有机溶剂的挥发, 提高了染料敏化太阳能电池的稳定性.     

面向碳中和的高温熔盐电化学技术

高温熔盐电化学反应具有反应动力学快、选择性好的优点,可用于能源存储与转换、金属材料的提取和纯化、二氧化碳的捕集和转化利用、退役金属材料的循环利用等领域,利用清洁电能驱动的高温熔盐电解技术可实现从源头、过程和末端全流程降碳减排.本文简要回顾了近20年来武汉大学在高温熔盐电化学方向的主要研究工作,包括熔盐电解固态化合物冶金(低碳提取)、熔盐捕集-电解转化CO₂(碳捕集与转化)、熔盐电化学制备功能材料(材料低碳制备)、熔盐电解回收能源金属材料(低碳绿色循环)和高温电解器关键材料(析氧阳极),形成了固态化合物还原反应动力学“三相界线”理论,丰富了高温惰性合金析氧阳极选材数据库,揭示了阳极氧化膜稳定服役机制,发明了熔盐电化学阳极氧化冶金新方法,提出了“熔盐电解质酸碱性-电极反应调控”新策略,并为新能源产业可持续发展所需的“前端原材料清洁提取”和“末端退役能源材料回收利用”提供新方法和新技术.以此为线索,评述了面向碳中和的高温熔盐电化学所面临的机遇与挑战,讨论了高温熔盐电解基础理论和应用技术的发展趋势,展望了清洁电能驱动的熔盐电解技术在实现碳达峰、碳中和目标中的潜在贡献.     

用于电化学执行器的非金属电极材料研究进展

电化学执行器能够有效地将电能或化学能转化为机械能,在人造肌肉、仿生机器人和小型化医疗设备等领域中具有极大的应用前景.电化学执行器的组成包括电极层和电解质层,其中电极层主要决定执行器驱动性能和电化学性能.传统电化学执行器的电极材料主要由导电性好、驱动应力大的金属材料构成.然而,金属电极存在柔性低、循环稳定性差等问题,使得越来越多的研究人员开始关注非金属电极材料.本文重点介绍了用于电化学执行器的非金属电极材料的最新研究进展,首先介绍了电化学执行器的器件结构及驱动原理,其次根据电化学执行器电极材料的不同,分别从导电聚合物、碳材料、新型二维材料及其复合材料等方面进行了综述,讨论了各种非金属电极材料应用于执行器中的优缺点,最后对未来电化学执行器及其电极材料的发展趋势进行了展望.     

锂离子电池无机固体电解质的计算

利用高通量计算来挖掘材料基因是加速材料研发的有效手段。利用第一性原理对目标材料进行精确计算,可以得到晶体结构、电子结构、缺陷、相图与相变、离子/电子输运机制等信息。通过综述锂离子电池无机固体电解质材料的计算研究进展,展望了计算在高电导率、宽电化学窗口且与正负极匹配的固体电解质材料的高效优化、选取和设计方面的应用前景。