数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究

 材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念，推进高通量数据生产和利用技术，关注材料全生命周期价值。因此，材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下，集成统一计算、实验和理论等研究方法，以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式，最终建立相关材料体系的性能与材料基因（原子系统的组成与结构）、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库，实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上，以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例，探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明，数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务，加快新材料的发现和应用进程。     

基于螺环季铵盐的阴离子交换膜的制备与性能

合成了N,N-二烯丙基吡咯烷溴盐([DAPy][Br]),采用光引发聚合的方式制备了基于[DAPy][Br]的聚合物膜,经过离子交换后得到OH~-型阴离子交换膜.改变原料配比调控膜的离子交换容量,发现膜的溶胀度、吸水率、离子交换容量与电导率都随着[DAPy][Br]含量的增加而增大.该阴离子交换膜具有良好的机械性能和热稳定性,拉伸强度在室温下为10.6～19.8 MPa. 80℃下最高离子电导率可达7.29×10~(-2) S/cm.在成膜过程中[DAPy][Br]发生交联,形成拥有两个五元环的N-螺环结构阳离子,有效提高了膜的耐碱性能,[PSAN]_(70~-)[DAPy][OH]_(30)膜浸泡于80℃下1mol/LKOH溶液中240h,电导率仅下降了11%.上述结果表明,拥有N-螺环季铵盐的脂肪主链的阴离子交换膜有望应用于燃料电池.     

电化学聚合聚苯胺修饰电极对微生物燃料电池产电性能的影响研究

微生物燃料电池(MFC)作为一种新能源,符合人们绿色环保、可持续发展的发展理念,在MFC中,阳极材料与菌体之间的电子传递情况是制约其性能提升的主要因素.本文主要探索了方便快捷的电化学方法所得到的聚苯胺修饰阳极碳毡电极对MFC产电性能的影响情况.通过扫描电镜可以观察到阳极碳毡电极表面形成了具有一定形态的聚合物.对MFC的电压数据进行分析,表明修饰聚苯胺的碳毡电极最大输出电压可达到(330±5) mV,比对照组的空白碳毡电极提高了365%;且其最大功率密度达到了(425±5) mW·m~(-2),是对照组的6倍.实验结果表明:电化学聚苯胺修饰电极可有效利用聚苯胺导电性好、生物相容性高的优点提高MFC的产电性能.     

微生物燃料电池修复钒污染地下水的响应曲面优化研究

使用响应曲面法, 对单室微生物燃料电池去除五价钒的运行条件进行分析和优化。采用乙酸钠作为单室微生物燃料电池的碳源, 探讨钒初始浓度、COD初始浓度和电解液电导率对五价钒去除率的影响, 三因素三水平的响应曲面分析结果表明, 五价钒初始浓度对五价钒去除率的影响最显著, 其次为 COD 初始浓度, 最后是电解液电导率。利用响应曲面法得到最优实验条件: 五价钒初始浓度为75.44 mg/L, COD初始浓度为1007.48 mg/L, 电导率为11.98 mS/cm, 此时可获得五价钒的最大理论去除率80.31%。验证实验的结果证实了该优化方法的可靠性。研究成果可以促进微生物燃料电池技术在治理钒污染地下水领域的实际应用。     

新型Cu-Co复合氧化物催化剂的制备与性能分析

采用磁控溅射法制备了Cu-Co复合氧化物催化剂,并利用SEM、EDS及XRD等分析技术和CV、LSV测试方法,分析了Cu-Co复合氧化物的晶粒大小、微观形貌及催化性能。实验结果表明,催化剂中Cu、Co元素掺杂量对其晶粒大小和微观形貌有直接影响,溅射沉积所获得的CuCo_2O_4、Cu_2CoO_3和Cu-(1-x)Co_xO三种不同晶型的氧化物中,Cu_2CoO_3的催化活性最大,而Cu_(1-x)Co_xO与CuCo_2O_4催化活性相当,且Cu_2CoO_3表现出了更具竞争性的催化活性。     

编者按

<正>陶瓷作为人类文明史上最早发明和使用的人工材料之一,发祥于中国,是中华民族智慧的象征.历经千年发展和演化,其内涵已远远超越了传统陶瓷的范畴,形成了包括传统陶瓷以及先进结构陶瓷、功能陶瓷和新型陶瓷基复合材料等非传统陶瓷在内的一个庞大的家族体系.其中结构陶瓷作为先进陶瓷材料的重要组成部分,因其所具有的高强、高硬、耐高温和抗腐蚀等优异特性,在高温、腐蚀等严酷环境表现出巨大的应用潜力,令人期待.     

RPEMFC/膨胀机可再生能源驱动的综合能源系统性能研究

为提高可再生能源在冷热电联供系统中的利用率，提出一种以可逆质子交换膜燃料电池RPEMFC和膨胀机为主要部件的新型冷热电联供综合能源系统，通过引射器和膨胀机回收电解池氧气侧的压力能，以RPEMFC电堆的冷却回路和膨胀机出口冷气分别对外供热和制冷。为获得系统中主要设备运行参数对系统性能的影响，建立了系统的热力学模型，进而揭示了系统效率、?效率、压缩机耗功、膨胀机回收功、系统制热制冷量等随参数的变化规律。研究结果表明，当RPEMFC电堆以50kW的发电功率运行时，系统发电效率为56.2%，热效率35.2%，总效率91.4%，?效率54%，且在15kW-85kW的发电功率变化范围内系统能效均超过89%。系统能量效率及?效率对引射器流量比及引射器工作流压力变化较为敏感，并以影响系统发电效率为主；压缩机出口压力变化对系统能效影响不大，但压缩机出口压力增大有利于系统增加产冷量。