玻碳表面铂黑电极的结构与电催化活性

在电化学催化的应用研究中,至关重要的课题之一,莫过于寻找和制备高性能电催化剂.以碳或氧化物为载体,在其表面上沉积催化物质,可显著提高催化剂的利用率,降低成本.铂的催化活性较高,因此,对载体上沉积铂制备实用型电催化剂的研究一直受到重视.近十多年来,以原子排列结构明确的铂单晶面作为模型催化剂的研究取得了极大的进展,发现铂电极表面结构对其活性具有决定性的影响.从而可能通过获得的知识在原子和分子层次上对电催化剂表面进行设计和筛选.由于金属在一定条件下存在单晶多定向,以及多晶单定向的趋势,上述可能性就更接近实际.本文通过对玻碳表面沉积的高分散铂黑电催化剂的结构和对甲醇氧化的催化活性的研究,试图在微观层次上对实用型电催化剂表面结构及性能进行探讨.     

血液热解聚合物的结构变化及其氧还原反应电催化性能

<正>空气电极中的氧还原反应(ORR)控制和影响着燃料电池(或金属燃料电池)的综合性能.当前使用铂催化剂是加速ORR迟缓动力学最有效的方法,但金属铂资源匮乏、价格昂贵,极大地阻碍和限制了燃料电池的商业化发展.为此,开发出具有低成本、高催化性能和稳定性等特点的新型非铂ORR催化剂对快速实现燃料电池商业     

燃料电池铂合金纳米晶催化剂的形貌控制及稳定性研究进展

具有可控形貌的铂合金纳米晶,尤其是表面由(111)面构成的纳米八面体或二十面体等,被认为是一种理想的高催化活性燃料电池电极催化剂,其重要的应用价值吸引了国际上许多研究组的兴趣和大量研究.近年来有关铂合金纳米晶的形貌可控合成和催化性能取得了突飞猛进的进展;但与此同时,如何在长期的催化反应服役过程中保持合金纳米晶的形貌和催化性能的长期稳定是拓展其实际应用的重要瓶颈.本文首先回顾了近年来在铂合金纳米晶的形貌调控和催化性能提升上的重要进展,进一步介绍了铂合金纳米晶在催化反应前后形貌和催化性能的稳定性,以及基于高分辨透射电子显微镜和谱学分析的失效机制研究;最后,总结了提高形貌和催化性能稳定性的一些可行途径.这些结果对进一步设计具有高活性、长寿命的燃料电池铂合金纳米催化剂具有较好的指导作用,同时也对用于其他催化反应的金属合金纳米晶催化剂具有一定的借鉴作用.     

低温制备高效透明铂对电极及其在柔性染料敏化太阳能电池中的应用

采用真空热分解法在柔性ITO/PEN衬底上120℃制备高效透明柔性铂对电极,获得的铂对电极在柔性染料敏化太阳能电池中显示出较好的化学稳定性、良好的透光性及对I3-/I-有较高的催化性能.与染料敏化的TiO2/Ti光阳极组装的柔性染料敏化太阳能电池在100mW cm-2模拟太阳光照下,光电转换效率达到5.14%.相比较于其他制备铂对电极的方法,真空热分解法适用于低温在柔性聚合物衬底上制备铂对电极.     

新型酞菁高温热解沉积法制备燃料电池专用纳米碳球载铂催化剂

用新型酞菁高温热解气相沉积法制备了碳纳米球. 碳纳米球的外表面进行了功能化处理, 在此基础上制备了碳球载铂催化剂. 碳球载铂催化剂用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、Raman光谱、能量色散谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法进行了表征. 将所制得的碳球载铂催化剂与质子膜组装成膜电极组(MEA). 实用的放电曲线表明: 纳米碳球载铂是燃料电池的优良催化剂, 活性高, 寿命征兆好.     

面向工业废水处理的催化电极及燃料电池耦合体系

随着我国工业化水平的提高,工业废水的高效节能处理成为废水资源化与能源化进程中的重点和难点.工业废水中常含有难降解或有毒的有机污染物,水质复杂、可生化性差,采用传统废水处理技术(生物法、物化法等)难以实现高效处理和达标排放,残留毒物排入水体带来环境生态风险.电化学技术借助电场作用产生强氧化性物质,氧化去除难降解有机污染物,但去除效率较低、能耗及运行成本较高,限制了其在实际废水处理中的应用.高活性催化电极在结构、形貌、组成的优化进展,为构建以难降解污染物为燃料的新型燃料电池及废水处理体系提供了新的可能.本文围绕催化电极及燃料电池废水处理体系,综述了新型电极材料的制备、优化,探讨了基底、活性成分及其负载方式对催化电极和体系性能的影响;归纳了基于光催化燃料电池和微生物燃料电池的污染物催化降解及实际或模拟废水处理体系的研究进展,并对该类耦合体系的规模化应用作了展望.新型催化电极的开发和耦合燃料电池体系的优化设计,有望推动该技术在高效、节能实际(工业)废水处理中的应用.     

用于超级电容器的柔性多孔富氮碳电极的制备与性能

柔性固态超级电容器作为一种新型能量存储器件,与传统平行板电容器相比可以达到更高的能量密度,相比普通电池则具有更大的功率密度和循环使用寿命,展示出良好的电化学性能,并具有高功率密度和循环稳定性好等优点,因而受到越来越多的关注,在可穿戴设备、柔性电子器件等诸多领域有着广泛的应用.目前,柔性电极材料的选取与制备是柔性超级电容器研究中十分活跃的方向,其中,碳基电极因为具有良好的电导性能、循环稳定性、高功率密度等特点,被国内外学术界广泛认可.本文提出了一种高效、简便制备碳基电极的方法,得到多孔富氮纳米片结构的碳电极,并对不同实验条件下的碳化电极样品做了全面的表征分析与性能测试,得到了较为理想的柔性碳化电极样品,其质量比电容达26 F/g,面积比电容达226 mF/cm2,等效串联阻抗仅为4?,具有很好的电化学性能.     

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.     

二维金属性过渡金属硫属化合物的可控制备和潜在应用

二维金属性过渡金属硫属化合物(metal transition metal dichalcogenides, MTMDCs)由于其独特的物性(如电荷密度波相转变、超导和磁性等),以及在先进纳米电子学和能源相关领域的应用潜力而受到研究者的广泛关注.为了实现基本物性研究和多方面的应用探索,化学气相沉积(CVD)技术被引入到高质量二维MTMDCs材料的制备中,成功地合成了厚度可调的超薄MTMDCs纳米片、大面积均匀的超薄薄膜、垂直取向的纳米片阵列和高质量的纳米片粉体等. CVD方法可以兼顾大畴区、层厚可调和高晶体质量的材料制备需求,还能与目前的半导体工艺相兼容,因而受到人们广泛关注.二维MTMDCs材料具有高的电导率,可以作为单层/少层半导体性过渡金属硫属化合物(transition metal dichalcogenides, TMDCs)的电极材料,改善晶体管器件的电极接触,从而提升器件性能.此外,二维MTMDCs纳米片也可作为高效的催化剂应用于电化学析氢反应,其催化性能显著优于单层/少层MoS₂等半导体性TMDCs催化剂.本文综述了二维MTMDCs材料的CVD制备...     

表面粗化对IPMC人工肌肉性能的影响

离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是由聚合物基底膜和金属电极复合而成的一种新型的离子型电致动材料.对基底膜进行表面粗化处理,改善聚合物基底和金属电极间交界面构筑方式是提高材料性能的重要方法.本文针对IPMC人工肌肉的制备提出了一种可控的基底膜定向表面粗化方法,基于UMT-2摩擦磨损试验机的线性往复运动设计了一套IPMC基底膜表面粗化装置.对比手工粗化,采用3种载荷对Nafion商业膜表面进行了机械粗化处理.对不同粗化条件获得的基底膜以相同的工艺制备IPMC,研究了不同粗化方法和条件对IPMC人工肌肉力和位移输出性能的影响.结果表明,机械粗化能够排除手工粗化过程中人为因素的影响,做到粗化加载的力度及方向性可控,使磨痕深浅均匀方向一致.相比手工粗化,通过机械粗化可以改善基底膜与电极层之间的构筑紧密程度,增加铂颗粒的吸附能力和沉积厚度,获得更为平整致密、裂隙均匀有序的表面电极,从而降低IPMC表面电阻,提升力和位移输出能力.致密且较厚的电极层同时可以阻挡一部分水分的泄露,延长IPMC有效工作的时间.该研究能够提升IPMC制备工艺的稳定性,为IPMC制备的标准化奠定基础,同时提高IPMC人工肌肉的驱动性能,对IPMC人工肌肉的进一步开发应用提供保障.     

电子束蒸镀透明导电薄膜

一、引言 In_2O_3-SnO_2透明导电薄膜,具有高透明导电性能,因此被用作电光显示、电光快门的透明电极以及增透膜和红外反射膜等。人们用金属、金属氧化物等制备材料,提出各种制备方法,得可见光透光率大于90％,电阻率10~(-4)(?)·cm数量级的透明电极。目前,欲得透光率高     

Zn掺杂TiO2纳米管电极制备及其对五氯酚的光电催化降解

采用阳极氧化法在Ti基底上制备TiO2纳米管电极,再通过浸渍法制备出Zn掺杂TiO2纳米管电极.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针显微分析(EPMA)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)技术对其进行表征,电极表面分布有均匀的纳米管状阵列,管径50～90nm,管长约200nm,管壁厚约为15nm,锐钛矿型TiO2,Zn元素以ZnO小团簇形态沉积在TiO2纳米管电极表面,与TiO2纳米管电极相比起始吸收带边红移近20nm.分别使用Zn掺杂TiO2纳米管电极和TiO2纳米管电极对相同五氯酚(PCP)溶液(初始浓度为20mg/L,电解质Na2SO4浓度为0.01mol/L,初始pH为7.03)进行光电催化降解120min.结果表明:在紫外光(400μW/cm2)或可见光(4500μW/cm2)的照射下,Zn掺杂TiO2纳米管电极对PCP的降解率分别为73.5%和18.4%,而TiO2纳米管电极对PCP的降解率分别为48.5%和3.2%.Zn掺杂TiO2纳米管电极光电催化降解PCP的准一级反应动力学常数分别为TiO2纳米管电极的2.0倍和5.8倍,且其光电催化性能与Zn掺杂浓度有关,最优掺杂浓度为0.909%.Zn掺杂TiO2纳米管电极的稳定性良好.     

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.     

多孔聚咔唑用于二氧化碳捕获与催化转化

二氧化碳作为一种常见的温室气体,其浓度的升高造成了全球性的生态环境问题,有效地捕集和利用二氧化碳,不仅具有环境保护意义,也具有工业和经济意义.有机多孔聚合物(POPs)作为一种新兴的多孔材料,具有高孔隙率、低密度、可设计的结构和组成、易于官能化和高稳定性等特点,在气体存储/分离、生物医药、污染处理、能源、催化等领域具有广阔的应用前景.咔唑类化合物构建的聚咔唑具有微孔结构,富含氮元素,对二氧化碳具有高吸附容量和选择性;功能性基团的引入也有助于进一步提升材料的吸附性能.线型的二氧化碳分子具有高稳定性,其转化需要催化剂的参与以实现高效反应.利用功能性分子直接构建或后修饰策略,均能制备出具有催化活性的聚咔唑,多孔性、吸附性、催化活性的结合使聚合物在二氧化碳化学转化、电催化和光催化还原中表现出优异的性能.与分子催化剂相比,聚咔唑的多孔性不仅能保证催化位点与反应物充分接触,而且可实现底物的富集并对反应有限域作用,提升反应效率和选择性.作为异相催化剂,聚咔唑回收方便,在循环实验中依然能保持高催化活性.本文将重点介绍多孔聚咔唑的制备方法及其在二氧化碳吸附与催化转化等方面的应用,分析材料结构与性能的关系...     

染料敏化太阳能电池合金对电极材料

对电极(counter electrode,CE)是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的重要组成部分,发展性能优异的对电极材料是提高DSSCs光电转换效率的关键.虽然以贵金属铂(Pt)、碳材料、导电聚合物、过渡金属化合物以及复合材料作为对电极都使DSSCs取得了相当高的光电转换效率,但另一类新型的合金对电极材料表现出优异的催化性能且应用于DSSCs中获得了很多令人瞩目的成果.本文综述了近5年来新型合金对电极的研究历程,并对合金材料在DSSCs领域内所面临的问题及其发展趋势进行了展望.     

锂离子电池Sn基薄膜负极材料的研究进展

薄膜锂离子电池作为各种微电子系统的首选电源被广泛研究.本文系统综述了近年来锂离子电池Sn基薄膜负极材料的研究进展,着重介绍纯Sn薄膜、Sn基合金和Sn基氧化物薄膜的制备与性能.纯Sn薄膜具有高的可逆容量,但其嵌锂/脱锂过程的巨大体积变化导致循环性能很差,而且纯Sn薄膜的制备方法及其与电解液的界面特性对电极容量衰减有很大的影响.将Sn与非活性过渡金属复合,虽可有效提高电极循环性能,但同时带来容量的损失;Sn与活性成分形成的纳米晶多相复合薄膜负极可在保持高容量的同时,获得良好的循环性能.与纯Sn薄膜负极相比,Sn基氧化物薄膜存在纳米Sn相原位生成的过程,因此具有较好的循环稳定性,但其首次不可逆容量大.已有的研究进展充分说明,微纳组织调控能够显著改善上述薄膜电极的性能.分析和总结现有Sn基薄膜负极材料的微观结构和性能之间关系的研究进展,多相多尺度结构调控应是进一步提高Sn基合金薄膜负极的容量和循环稳定性的重要途径.     

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.     

锆双组元氮化物的制备及加氢脱硫性能

高比表面(通常BET比表面大于100 m~2·g~(-1)的γ-Mo_2,作为一种具有广阔应用前景的催化新材料,近年来引起了催化界的极大关注.在烃类加氢反应中γ-Mo_2N的催化活性可与Rh,Pd,Pt等贵金属催化剂相比拟.尤其是对石油馏分的深度脱硫、脱氮、脱氧更具特色.前人的研究结果表明这种催化剂的活性及选择性与催化剂的比表面密切相关.然而,高比表面氮化物的制备一直阻碍着这一新型、高效催化剂新材料的迅速发展.如何在缓和条件下合成出大剂量、高比表面的氮化物,并使其具有优异的催化性能就成为这类催化剂的关键所在.本文利用双组元过渡金属化合物与NH_3的程序升温氮化气固反应,合成出较大剂量、高     

微铂颗粒修饰碳纤维电极用于毛细管电泳安培检测

高效毛细管电泳(High performance capillary electrophoresis缩写HPCE)是一种高效、快速分离复杂混合物的强有力工具.毛细管电泳电化学检测(Capillary electrophoresiselectrochemistry缩写CEEC)在HPCE中是一个极有前途的研究领域.安培检测由于灵敏度高,死体积小,成本低,而受到极大关注.把化学修饰电极(Chemically modified electrode缩写CME)用于CEEC的报道很少.本文介绍了一种新颖的方法将铂修饰到碳纤维电极上,并用于CEEC中检测肼.肼是一类比较难氧化的化合物,在普通固体电极上过电位很高,不适于电化学检测.我们做的修饰电极,对肼不仅有很好的催化活性,而且有很好的稳定性.     

一种可为锂二次电池提供过热保护的正温度敏感系数电极

通过将导电碳黑(carbon black,CB)Super P均匀地分散到聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)的聚合物基质中,发展出了一种具有正温度敏感系数(positive temperature coefficient,PTC)特征的CB-PMMA复合材料,并采用该复合材料为铝箔基体的表面涂层,制备出具有三明治结构的Al/PTC/LiCoO2阴极.通过循环伏安扫描、倍率充放电和交流阻抗等方法考察了PTC复合电极在常温和高温下的电化学性能.实验结果表明,PTC-LiCoO2电极在常温下具有高的充放电比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,PTC涂层对LiCoO2电极的正常充放电没有产生明显的不利影响.但在80~120℃的高温下,PTC涂层因电阻急剧增大约2个数量级,限制了电极活性层与集流体之间的电流传输,导致电极容量的急剧下降,表现出良好的自激发热阻断效果,从而可以防止电池因热失控而引发的安全性问题.