结构与表面特性对碳纳米管储氢性能的影响

用自选制备的多壁碳纳米管在特制的不锈钢高压容器中进行了室温（298K）、10MPa条件下的吸附储氢实验。实验中,对基种法制得的碳纳米管分别使用了化学试剂浸泡和高温处理的方法,但储氢效果不够好,浮动法制得的碳纳米管储氢效果较好。对浮动法制得的碳纳米管经过高温处理后,储怪量可达到4％,显示了很好的应用前景。     

纳米碳管与氢能

世界人口快速增长、化石能源渐趋匮乏、环境污染日益严重是人类在21世纪亟待解决的三大难题.氢能是一种洁净的可再生能源,氢燃料电池汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一.因此各国科学家均在致力于研究高储量的储氢材料与系统,最有潜力者被认为是纳米炭材料的吸附储氢.高纯度单壁纳米碳管的合成是应用的基础和关键,我们采用氢等离子电弧方法,大量制备出高纯度的单壁纳米碳管,并全面开展储氢研究.初步结果表明单壁纳米碳管是一种很有前途的储氢材料,可能在氢能源的应用特别是氢燃料电池电动汽车的应用中占据重要地位,促进人类经济与社会实现可持续发展.     

钯镍合金粒子负载的多壁纳米碳管储氢材料在温和条件下的储氢行为

采用新型的溶胶法, 制得了一种PdNi₁₈合金纳米粒子, 将这种纳米粒子负载到经过特殊预处理的多壁纳米碳管上, 得到了一类具有良好储氢性能的PdNi₁₈/MWCNTs复合材料. X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)测试表明, PdNi₁₈合金纳米粒子均匀地分布在载体表面上, 粒径约为3 nm. 储氢结果显示, 该复合材料在室温、1.5 MPa条件下储氢量可高达2.3%(质量分数).     

镁基储氢材料的研究进展

镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料.然而其吸放氢焓值高且氢在镁氢化物中扩散系数低,导致吸放氢温度过高、吸放氢速度缓慢,限制了其在氢能领域的应用.近年来,大量研究工作聚焦于镁基储氢材料的热/动力学改性,目前已经取得了大量的成果.本文针对国内外镁基储氢材料的研究现状,归纳了镁基储氢材料的改性方法,重点阐述了合金化、催化剂添加、纳米化、氢化物复合对镁基储氢材料吸放氢热/动力学性能、微观结构、物相变化、吸放氢机理的影响.最后,对该领域的研究成果进行了总结,并展望了未来的发展方向.     

高容量储氢材料的研究进展*

安全、高效、经济的氢储存技术是氢能大规模应用的关键。相对于高压气态储氢和低温液化储氢,通过氢与材料间的相互作用形成固溶体或氢化物的固态氢储存由于其好的安全性和高的能量密度,被认为是最有发展前景的一种氢储存技术。为了满足车载氢源系统重量储氢密度大于5%的要求,目前发展中的高容量储氢材料主要包括金属铝氢化物、硼氢化物、氮氢化物和氨基硼烷化合物。作者简要综述了最近几年这些高容量储氢材料的研究进展,重点关注材料的储氢容量、吸放氢反应热力学、吸放氢反应动力学和吸放氢机理以及成分调变、催化改性和尺寸效应对材料储氢性能的影响。     

直立碳纳米管微电极对神经递质5-羟色胺的电化学检测

在直立碳纳米管制备过程中, 以碳纤维为基底, 合成出碳纤维固载型直立碳纳米管材料, 用于制备相关碳纳米管微电极, 开展了电化学活性神经递质5-羟色胺的电化学检测. 结果表明该微电极对5-羟色胺具有很好的电催化效应, 灵敏度高. 恒电位解吸附处理方法能很好解决电极对5-羟色胺氧化产物的吸附问题, 使电极得到重生.     

镁基储氢合金吸放氢机理及组织与性能调控

随着能源危机和环境问题的日益加剧，迫切需要寻求一种高效的可再生能源，而氢能被认为是最具前景的能量载体之一。氢燃料电池是氢能利用的最主要形式，其中车载储氢需要更轻便、紧凑和经济的体系来取代高压气体储氢装置。作为最具潜力的固体储氢体系之一，镁基储氢材料具有诸多优点，但阻碍其实际应用的瓶颈问题同样难以克服。文章通过介绍镁基储氢材料的吸放氢机理，阐述了热力学和动力学性能对其实际应用的制约及成因，归纳了当前的研究方法和进展，包括主要的组织调控和材料改性方法，并对镁基储氢的发展前景进行了展望。     

三维垂直定向石墨烯的制备及在超级电容器中的应用

电极的结构设计是影响其反应动力学与离子传质能力,进而影响电化学储能系统性能的重要因素之一.为了追求较好的电极动力学以及传质速率,三维有序石墨烯基电极已吸引越来越多的研究兴趣.与其他类型的三维石墨烯结构不同,通过定向冷冻法、等离子体增强化学气相沉积法、KOH辅助水热法等制备的三维垂直定向石墨烯(3DVAG)具有垂直开放通道以及低孔隙弯曲度,可以有效增强离子的输运和电子的传导,提高活性物质的负载,从而实现电极材料的高能量密度及倍率性能.本文对三维垂直定向石墨烯的制备方法及其在超级电容器中的应用进行了综述,并对其未来的发展前景进行了展望.     

MNi4.8Sn0.2(M=La, Nd)合金粒子负载的纳米碳管复合储氢材料

采用浸渍-还原法制备了LaNi_4.8Sn_0.2/CNTs和NdNi_4.8Sn_0.2/CNTs两种复合材料, 在室温、1.0 MPa氢压下, 分别可获得2.96%和2.88% (质量分数)的储氢量. 在相同条件下, 该储氢值为MNi_4.8Sn_0.2(M = La, Nd)合金粒子储氢量的3倍, 此结果可归因于合金粒子与纳米碳管(CNTs)之间的协同作用. XRD和TEM测试结果表明, 合金粒子粒径在30 nm左右且较均匀地分布在CNTs载体上. 储放氢实验显示, 两种复合材料有较好的储氢稳定性, 经历100个吸放氢周期后, 其储氢降低率小于6%; 同时, 材料的晶体结构没有发现明显的变化.     

碳纳米管和石墨烯人工肌肉

碳纳米管、石墨烯是近20年崛起,集优异的电学、力学、电化学、电机械等性能于一身的新型纳米材料,在材料、能源、环境、尤其在人工肌肉领域已取得了卓越的进展和成果.人工肌肉是一类能将外部刺激如光、热、电等转换成机械能输出的驱动器.碳纳米管和石墨烯离子型驱动器以其能在较低的电压下,表现出大的弯曲形变和高的空气中循环稳定性,在众多种类的驱动器中成为了科学研究的重点.该驱动器由两电极层以及夹在两电极层之间的聚合物电解质层组成,其致动过程主要受电场下离子在电极层和电解质层中的扩散迁移控制.本文主要综述了碳纳米管和石墨烯作为电极的离子型驱动器工作原理、发展现状;分析了碳纳米管和石墨烯离子型驱动器发展中限制驱动性能进一步提高的几个关键性问题以及遇到的挑战;在此基础上,提出一些具有建设性的方案以及对未来碳纳米管和石墨烯离子型驱动器领域的展望.     

设计新型高容量储氢材料*

作者总结了近年来金属胺基化合物氢化物体系、氨硼烷及其衍生物储氢材料的研究进展。分别重点介绍了这些材料体系的储氢性能、反应机理及反应热力学和动力学性质,并在此基础上强调了储氢材料的设计理念,即改变材料化学组成调变其热力学性能,催化修饰以提升材料脱氢动力学性能。     

镁基储氢合金吸放氢机理及组织与性能调控

随着能源危机和环境问题的日益加剧,迫切需要寻求一种高效的可再生能源,而氢能被认为是最具前景的能量载体之一。氢燃料电池是氢能利用的最主要形式,其中车载储氢需要更轻便、紧凑和经济的体系来取代高压气体储氢装置。作为最具潜力的固体储氢体系之一,镁基储氢材料具有诸多优点,但阻碍其实际应用的瓶颈问题同样难以克服。文章通过介绍镁基储氢材料的吸放氢机理,阐述了热力学和动力学性能对其实际应用的制约及成因,归纳了当前的研究方法和进展,包括主要的组织调控和材料改性方法,并对镁基储氢的发展前景进行了展望。     

离子液体为溶剂制备CMC/MWCNTs复合材料及其电化学性能

以羧甲基纤维素钠(CMC)和多壁碳纳米管(MWCNTs)作为原料, 采用离子液体溶解羧甲基纤维素钠制备CMC/MWCNTs复合材料. 通过使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、高分辨 透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线衍射仪(XRD)和电化学工作站对复合材料进行了结构表征和电化学性能分析. 结果表明, 以离子液体作为溶剂能够有效溶解CMC并使其较为均匀地包覆在MWCNTs的表面, CMC包覆层的厚度约5.4 nm; 用离子液体制备的CMC/MWCNTs复合材料对H₂O₂具有良好的电催化效果, 在循环伏安曲线图中出现了明显的氧化峰; MWCNTs的含量和超声时间是影响复合材料分散性和电化学性能的关键参数, MWCNTs的含量3 mg, 超声2 h时, 制得的CMC/MWCNTs复合材料具有最优的电化学性能.     

镁基储氢材料的热力学和动力学*

金属和合金的吸放氢反应是储氢材料进行的基本物理化学反应。它应服从基本的热力学和动力学规律。为此,想要改善储氢材料的性能,研发新型的储氢材料就需要对此过程的理论和实验两方面作深入的研究。通过热力学和相图能估算储氢的能力,预估吸放氢的可能温度,但要使储氢材料变得切实可行,还需要靠动力学方面的工作。笔者从热力学和相图入手,研究了储氢材料的特征,分析了传统的动力学处理方法的缺陷,提出了新的动力学模型,从而将为寻求新型的储氢材料提供有效的工具。笔者还总结了从实验上探索的一些新型储氢体系。     

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.     

多壁碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的制备

文章阐述了通过溶液混合法制备多壁碳纳米管/聚氯乙烯复合材料,并对其性能进行了红外表征,表明制得的复合材料具有良好的性能.     

氨硼烷:一种高性能化学储氢材料

世界范围内能源危机,气候和环境问题日渐凸显,亟需寻找合适的可替代能源.在众多新型能源中,氢能作为一种储量丰富、燃烧无污染、能量密度高的绿色能源,可以为燃料电池提供高效稳定的动力来源而引起广泛关注,如何将其安全高效的储存是氢气应用于车载燃料电池的技术瓶颈.硼氮氢类化合物由于具有储氢密度高、释氢条件温和等优点成为学术界关注热点.氨硼烷(ammonia borane,AB)为代表性化合物,其含氢量高(19.6%,质量百分比)、热稳定性适中、释氢温度低,被认为是最具潜力的新型储氢材料之一.氨硼烷中的一个正氢被金属原子取代后形成的金属氨硼烷(metal amidoborane,MAB),可以有效抑制硼吖嗪的生成.研究者们对这类储氢化合物进行了大量的理论和实验研究,改进其性能,降低释氢温度,缩短诱导期,减少挥发性有害气体硼吖嗪、氨气、乙硼烷的生成.本文从氨硼烷结构中特殊的双氢键入手,总结了氨硼烷的合成方法,并详细综述了添加剂对氨硼烷和金属氨硼烷释氢性能的影响,介绍了氨硼烷的再生以及在其他方面的研究进展,最后展望了氨硼烷的研究前景.     

碳基柔性电极的结构设计、制备和组装

柔性电子器件日益流行,给人们的日常生活带来了巨大的变革,同时也激发了柔性储能器件的设计和研制,其中,柔性锂离子电池引起了广泛的关注.为了获得柔性储能器件,首先需要制备柔性电极,即要求在反复变形状态下,电极能够保持优异的力学和电学性能.碳材料具有优异的力学性能和导电性,不仅能够直接制备柔性电极,还能够与活性材料复合,作为基底提供自支撑的导电网络.但是"刚性"的活性材料与"柔性"基底从力学和形态本质上均不匹配,二者的复合、组装、制备方法及其结合强度直接影响电池的电化学性能.本文综述了近年来碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、石墨炔及碳布等碳基柔性电极的发展情况,着重分析了自支撑柔性电极的制备方法、结构特征与电化学性能的关系,同时简要总结了目前几种典型结构的柔性锂离子电池,探讨了碳材料柔性电极面临的挑战,并对其未来发展方向进行了展望.     

碳纳米管的操纵和剪切

纳米级微操纵技术是纳米制造的基础和前提，也是目前科学界研究的一个热点问题，运用原子力显微镜的显微探针操纵技术，成功地对CVD方法制备的多壁碳纳米管进行了操纵和剪切，以预先设计 方案任意操纵碳纳米管，并且在实际中观测到了碳纳米管在操纵过程中弯曲、扭转联合变形的特性，发现在一定条件下，可以将碳纳米管切割分段，从而剪切掉局部晶格有缺陷的部分，得到管径分布均匀、晶格较完整的纳米零件材料，这为未来的纳米机械装配技术的研究奠定了基础。     

表面吸附对掺硼金刚石电极电化学性能的影响

为了阐明氢吸附和氧吸附对掺硼金刚石薄膜电极电化学性能的影响, 考查了表面氢化和氧化处理后金刚石薄膜的微观形貌和组分, 并分别以氢吸附和氧吸附掺硼金刚石薄膜作为工作电极, 进行循环伏安特性和交流阻抗谱测试. 结果表明, 氧吸附金刚石薄膜比氢吸附薄膜电导率小, 表面粗糙度大, sp³/sp²值小. 氧吸附金刚石薄膜电极具有更宽的电化学窗口, 其空间电荷层电阻和电容更大, 极化电阻也比氢吸附金刚石薄膜电极要大. 另外, 探讨了表面吸附对金刚石薄膜电极电化学性能的影响机理, 不同吸附对薄膜电化学性能的影响主要在于吸附改变了表面能带结构.