超级电容器电极材料研究型化学实验的教学探讨

文章结合超级电容器电极材料研究型化学实验,采取实验结合理论的方式介绍Ni(OH)2电极材料的制备方法设计、结构表征及电化学性能测试,使学生更加直观地了解前沿热点超级电容器电极材料的研究方法,激发学生对研究型化学实验的探究兴趣,培养学生的创新能力。     

羟基氧化镍电极制作工艺的研究

 首先通过单因素实验研究了CMC及石墨粉的质量分数、冷压机压强各自对NiOOH电极性能的影响.然后根据单因素实验设计出正交实验,并用极差法分析了各工艺因素对NiOOH电极性能影响的显著性.其中研究CMC的质量分数对电极性能的影响归根结底是研究CMC的量对电极性能的影响.通过观察以及用极差法进行综合分析均表明:制作性能优良的NiOOH电极的最佳工艺条件为石墨粉的质量分数为25%、冷压机压强为16 MPa、CMC的质量分数为0.8%.各工艺因素对NiOOH电极性能影响的显著性顺序为冷压机压强>CMC的质量分数>石墨粉的质量分数.     

器件结构对光电性能影响的综合实验设计

该文结合有机电致发光器件(OLED)领域的研究成果,设计了器件制备和光电性能测试的综合实验。该综合实验从OLED的结构设计出发,采用先进的制备工艺,考察了不同结构对器件光电性能的影响。综合实验设计涵盖了材料选择、基片清洗、真空蒸镀、掩膜技术、光电性能测试等实验内容。实验教学内容是物理、材料和化学等学科的相互渗透与交叉,涉及有机电子学、材料物理、半导体器件和光电子技术等领域的知识。通过本实验可提高学生的实验动手能力、培养科学思维、创新能力和解决实际问题的能力,从而更好地发挥实验教学的作用——培养创新型人才和产业技术型人才。     

磁控溅射太阳能电池预镀Mo薄膜及其性能

利用磁控溅射法在玻璃基片上进行了太阳能电池预镀层Mo薄膜的制备,研究了氩气分压、溅射功率、溅射时间等工艺条件对Mo膜性能及厚度的影响,并对Mo膜的物理性能及电学性能进行了研究。结果表明,Mo薄膜的厚度与溅射时间近似的成正比关系,Mo膜的电阻率先降低,并在膜厚为0.3μm处达到最低,而后电阻率逐渐增加。     

磁控溅射太阳能电池预镀Mo薄膜及其性能

利用磁控溅射法在玻璃基片上进行了太阳能电池预镀层Mo薄膜的制备,研究了氩气分压、溅射功率、溅射时间等工艺条件对Mo膜性能及厚度的影响,并对Mo膜的物理性能及电学性能进行了研究.结果表明,Mo薄膜的厚度与溅射时间近似的成正比关系,Mo膜的电阻率先降低,并在膜厚为0.3 μm处达到最低,而后电阻率逐渐增加.     

Se/N-掺杂荧光碳点的制备及其荧光性能研究

该文依托四川大学化学专业综合训练平台,结合纳米材料的结构特点和光学性质(荧光光谱和紫外-可见吸收光谱)等专业知识背景,开展了"Se/N-掺杂荧光碳点的制备及荧光性能研究"综合实验设计。通过实验设计和实验过程,帮助学生深入了解纳米碳材料的结构与光学性能之间的关系以及合成过程对材料性能的影响。综合实验不仅可以夯实测试仪器的相关基础知识、提高操作技能,而且全方位培养学生的综合素质、创新意识和能力。     

壳聚糖水解技术对超级电容器电极材料性能的影响

壳聚糖是一类具备天然氮元素的海洋生物质,可作为制备超级电容器的前驱体,但溶解性质限制了其反应均匀性。本研究以壳聚糖为原料,利用自主研发的水解法制备壳寡糖均相溶液,作为前驱体制备超级电容器电极材料。实验采用了三电极体系对该电极材料多性能进行表征,包括循环性能、阻抗、元素分析、SEM、TEM、XRD等,探讨了水解工艺对电极材料综合性能的影响,并且与出发原料壳聚糖进行对比。结果表明：壳寡糖电极材料性能有了明显的提升,在电流密度为0.5 A g-1时比电容高达227.5 F g-1,具有优秀的循环稳定性,1000圈循环后比电容仍未有明显下降,且电极的膜阻抗和电荷转移电阻较小,说明该工艺制备的壳寡糖具有很好的超级电容器方面应用前景。     

纳米TiO_2制备及光催化学生创新实验

针对目前本科实验教学计划,学院化学工程与工艺专业实验室开设创新性实验,以纳米二氧化钛(TiO_2)光催化剂的制备、表征和性能评价作为试点实验。学生通过查阅文献资料,制订不同的实验方案制备纳米二氧化钛光催化剂,掌握了表征该催化剂及评价该催化剂性能的方法。通过该实验,学生的文献调研能力、实验设计能力和实验组织能力得到有效提高;通过对实验结果的对比、讨论和分析,提高了学生发现问题及解决问题的能力,实现了创新性实验的教学目的。     

电化学沉积四氨基酞菁镍敏化纳米TiO2电极

为寻找高效低成本的染料及其在纳米晶体表面新的键合方式,用电化学方法制备了四氨基酞菁镍敏化纳米T iO2电极.用阳极氧化水解法和丝网印刷法制备纳米T iO2电极,以此为工作电极研究了四氨基酞菁镍在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DM SO)中的循环伏安曲线,分析了四氨基酞菁镍的氧化还原电位.用恒电位沉积制备了四氨基酞菁镍敏化纳米T iO2电极,探讨了沉积电位及时间对电极性能的影响.实验结果表明,在1.0V恒电位沉积得到的电极光电性能最好,沉积时间24h电极性能趋于稳定,实验证明以电化学沉积法制备的敏化T iO2电极的光电性能高于自组装法.     

膜电极热压条件对直接甲醇燃料电池性能影响的研究

该研究以Nafion 115为质子交换膜,利用热压法制备膜电极（MEA）,对直接甲醇燃料电池进行了性能测试。实验结果表明,不同的热压温度及压力下制备的膜电极在单电池性能测试中表现出不同的极化曲线性能,优化膜电极制备温度及压力可有效地改善直接甲醇燃料电池的性能。     

电沉积MnO_2工艺因素对PbO_2-Ti/MnO_2电极性能的影响

文中研究了电沉积MnO_2工艺条件及热处理对PbO_2-Ti/MnO_2电极电催化析氧性能及寿命的影响。实验结果表明,低电流密度(0.01～0.06A/dm~2)下电沉积MnO_2得到的电极的电催化性能好、寿命长。热处理能改善电极的电催化性能,并能大大延长电极的寿命。电沉积MnO_2动力学研究、电极表面MnO_2显微组织分析、断面PbO_2与MnO_2结合状态的研究,均阐明了这种影响的微观实质。     

La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极制备工艺对氧还原和氧析出催化性能的影响

为优化具有A位镧缺失的铁酸镧(La_(0.95)FeO_(3-δ))钙钛矿的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)双功能电催化性能,研究La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极中碳的形态、电极浆料制备方法和催化剂载量对双功能电催化性能的影响,并分析其影响机理.结果表明:当La_(0.95)FeO_(3-δ)与导电碳形成复合电极时,ORR和OER催化活性显著提高;La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极的电催化性能与碳的形态以及电极浆料制备方法密切相关,在超声分散-球磨-超声分散的最佳浆料制备方法下,当以EC600JD为导电碳,La_(0.95)FeO_(3-δ)与EC600JD的载量分别为0.6 mg/cm~2与0.12 mg/cm~2时,ORR和OER催化活性最佳.经过工艺优化的La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极具有优异的双功能电催化性能,且其制备简单、成本低,有望在锂氧电池等器件中得到应用.     

基于磷钼酸和纳米氧化钼的复合空穴传输层材料及其在有机太阳能电池中的应用

围绕着开发可溶液法加工非聚(3,4-乙烯二氧噻吩单体):聚苯乙烯磺酸钠(poly(3,4-ethylendioxythiophene):poly(sodium-p-styrenesulfonate),PEDOT:PSS)电极界面修饰材料的核心目的,研究了基于磷钼酸(phosphomolybdic acid,PMA)和纳米氧化钼(Mo O3)复合物的新型空穴传输材料.通过将PMA溶液和Mo O3纳米粒子溶液进行混合,制备了复合墨水(PMA:Mo O3).该复合墨水在有机活性层表面具有很好的浸润性和成膜性.利用PMA:Mo O3复合空穴传输层(hole transport layer,HTL)制备的倒置P3HT:PC61BM光伏器件的开路电压和填充因子(fill factor,FF)均比基于单一PMA或Mo O3制备的器件有所提升.进一步优化了PMA:Mo O3复合墨水中两个组分间的比例,发现当复合墨水中Mo O3的含量为66%时,器件性能达到最优,其光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)为3.71%.成功验证了利用金属氧化物与多金属氧簇(polyoxometalate,POM)复合物作为电极界面缓冲层制备有机太阳能电池的可行性,为开发新型电极界面修饰材料提供了一个新的研究思路.     

基于化学核心素养的科教融合型全水解综合实验

以提升化学核心素养为目标,设计了二维镍铁类水滑石电催化剂用于全解水反应的综合实验。通过共沉淀法制备了镍铁水滑石,表征了XRD、FT-IR、SEM、BET、XPS,并进一步探究其全水解性能。该实验案例旨在让学生了解电催化剂的制备过程,理解全解水产氢、产氧的反应机理,掌握三电极与两电极体系中电化学性能的测试方法。该综合实验将化学核心素养贯穿于实验预习、电催化剂制备、物化性能表征、电化学性能测试、结果与讨论的整个实验设计与实践过程中。该综合实验有助于提高学生对能源与环境的保护意识,增强绿色化学理念,适用于中学与大学化学实验教学。     

电学参数对电爆炸喷涂Mo涂层性能的影响

为了研究初始喷涂能量相同,而电压、电容不同的情况对电爆炸喷涂涂层性能的影响,在LY12硬质铝合金基体上进行了相同喷涂能量而不同喷涂电压、电容组合的电爆炸制备Mo涂层实验.利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)等检测手段,对涂层的性能进行了分析比较.结果表明:喷涂能量密度一定时,采用高电压、小电容进行电爆炸喷涂所制备的涂层性能相对较好.     

十二烷基二甲基甜菜碱对Ti/PbO_2电极的改性研究

为了提高PbO2电极在处理有机废水过程中的催化性能及稳定性能,采用两性离子型表面活性剂十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)以电沉积方式对PbO_2电极进行改性。利用扫描电镜、X射线衍射对电极涂层进行形貌、晶相分析,通过循环伏安扫描、交流阻抗、X射线光电子能谱、降解酸性红G(ARG)和强化寿命实验对电极性能进行评估,并考察了BS-12对电极性能的影响。结果表明,BS-12可明显细化电极表面颗粒,增大涂层比表面积,提高电极析氧过电位和电荷传输速率,适量的改性可有效提高电极的催化性能及稳定性能。对于最优改性电极PbO_2-BS-12(0.1),电解60min后ARG的脱色率高达85.1%,其强化寿命可达到138.5h,是改性前电极寿命(96h)的1.4倍多。     

尖晶石型LiMn_2O_4电极材料的制备及性能研究

以硝酸锰、硝酸锂和尿素为原料制备尖晶石型LiMn2O4锂离子电池电极材料,考察了Li和Mn的比例、尿素用量、预置炉温、焙烧温度及时间等工艺条件对合成产物的组成结构及电化学性能的影响。最佳工艺条件下制备的产物具有纯净的尖晶石结构,均一的颗粒度及优良的电化学性能。     

尖晶石型LiMn2O4 电极材料的制备及性能研究

以硝酸锰、硝酸锂和尿素为原料制备尖晶石型LiMn₂O₄ 锂离子电池电极材料, 考察了Li 和Mn 的比例、尿素用量、预置炉温、焙烧温度及时间等工艺条件对合成产物的组成结构及电化学性能的影响。最佳工艺条件下制备的产物具有纯净的尖晶石结构, 均一的颗粒度及优良的电化学性能。     

砷化镓太赫兹光导天线的制备及性能研究

用半绝缘砷化镓(SI-GaAs)材料制备了太赫兹(THz)光导天线和天线阵列,其电极间隙分别为50μm、100μm、150μm。用THz时域光谱系统(THz-Time domain system)测试和比较了三种不同电极间隙天线的THz辐射性能,研究了电极间隙的大小对光导天线辐射THz性能影响。实验表明相同衬底材料、几何结构和制作工艺的天线,辐射出的THz电磁波的频谱基本相同,与电极间隙无关;光导天线THz电磁波远场辐射强度与外加偏置电场和天线的有效辐射面积成正比。光导天线阵列在相同的偏置电场以及相同激光光源的情况下比常规光导天线有更强的辐射THz波的能力。     

Mo含量对Al-Mo合金组织及性能的影响

通过制备Mo含量为0.5%,、1.0%,、1.5%,、2.0%,的Al-Mo合金,利用激光共聚焦显微镜、布氏硬度计、摩擦磨损试验机研究Mo含量对合金铸态组织、硬度及耐磨性的影响。研究结果表明:Mo含量超过1.0%,时,合金中出现含Mo的沉淀析出Al_(12)Mo颗粒相,随着Mo含量的增加,析出的第二相颗粒数目增多,合金硬度呈现上升趋势,Mo含量为2.0%,时,合金的硬度值最高,同时Mo含量可有效改善Al-Mo合金的磨粒磨损性能。