电沉积多孔复合Ni-P/LaNi5电极及其析氢电催化性能

采用复合电沉积制备了Ni-P/(LaNi₅+Al) 复合镀层, 然后将镀层浸泡在浓碱液中除铝, 成功得到多孔复合Ni-P/LaNi₅电极. 通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)仪等技术表征了电极的表面形貌、组成和相结构. 运用电化学线性伏安扫描(LSV)、恒电位电解、电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了电极在20%(w) NaOH溶液中的析氢反应(HER)电催化性和稳定性. 结果表明, 与多孔Ni-P 电极相比, 多孔复合Ni-P/LaNi₅电极具有低的析氢过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 多孔Ni-P/LaNi₅电极的析氢反应的表观活化自由能为35.44 kJ·mol^-1, 低于多孔Ni-P 的值(50.91 kJ·mol^-1).     

Ni-Mo/LaNi5多孔复合电极的制备及其电催化析氢性能

用复合电沉积及碱液溶解法制备了Ni-Mo/LaNi₅多孔复合电极. 运用扫描电镜和X射线衍射表征了复合电极的多孔两相复合结构. 在20% (w) NaOH溶液中, 采用稳态极化、电化学阻抗技术研究了Ni-Mo/LaNi₅多孔复合电极的电催化析氢性能, 电化学脱附为整个反应的控制步骤. 用循环伏安、长时间间断电解和差示扫描量热实验评价了该电极的稳定性能. 结果表明, 含有LaNi₅的多孔复合电极的电催化性能得到了提高, 并且具有优异的抗断电性能.     

从SiCl4合成多孔硅/碳复合材料及储锂性能研究

以Li₁₃Si₄和SiCl₄为原料,通过简单的机械球磨法合成多孔硅/碳复合材料,通过控制Li₁₃Si₄颗粒的尺寸可以有效调节产物的比表面积。分别研究了包覆碳含量、多孔硅/SuperP(导电碳)比表面积以及极片活性物质负载量对多孔硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明:多孔硅/SuperP比表面积为100.9m₂·g^-1,化学气相沉积(CVD)包覆碳含量为25.3wt%(约6nm厚)的复合材料具有最高的电化学活性,在300mA·g^-1的电流密度下,循环可逆比容量达到1900mAh·g^-1,50次循环后容量仅衰减7.6%。     

在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中电化学共还原提取钕

针对镧系元素钕,本文通过循环伏安、开路计时电位、方波伏安等方法研究了773 K时Nd（Ⅲ）在钼电极上在LiCl-KCl-ZnCl₂熔盐体系中的电化学行为及Zn-Nd合金的形成过程. 结果表明：在LiCl-KCl-ZnCl₂熔盐中,Nd（Ⅲ）在预先沉积的Zn 阴极上欠电位沉积形成三种Zn-Nd金属间化合物. 基于电化学行为研究,采用恒电位电解提取Nd并用方波伏安曲线测量来检测Nd（Ⅲ）离子浓度的变化,然后通过电解前后Nd（Ⅲ）离子浓度变化评估了Nd的电解提取效率. 实验结果表明：-1.84 V恒电位电解进行50 h后,Nd（Ⅲ）离子浓度接近于零,提取效率为99.67%. 在973 K时通过恒电流电解提取Nd并获得了Zn-Nd合金,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）附带能量散射谱（EDS）对合金的相组成和微观形貌进行了分析. XRD分析表明在Zn-Nd合金中存在Nd₂Zn₁₇,LiZn 和Zn相,EDS能谱分析表明Nd在合金中的原子分数高达14.99%.     

纳米多孔结构镍基复合膜电极的电化学法制备及其电容特性

通过对电沉积法得到的Ni-Cu合金镀层进行电化学去合金化处理, 制备了纳米多孔结构金属镍膜. 采用循环伏安法对多孔金属镍膜在1 mol·L^-1 KOH溶液中进行阳极氧化处理, 获得了纳米多孔结构的镍基复合膜电极. 应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学技术对所制备的膜电极的物理性质及赝电容特性进行了表征. SEM、XRD和XPS的测试结果表明, 所制备的纳米多孔结构镍基复合膜由Ni、Ni(OH)₂和NiOOH组成. 电化学实验结果显示, 该复合膜在20 A·g^-1的充放电电流密度下, 给出了578 F·g^-1的初始比电容; 在1000次充放电循环后, 它的比电容值为544 F·g^-1, 电容保持率为94%. 纳米多孔结构有利于KOH电解液的渗透, 从而促进反应物种在电极内部的传输; 纳米多孔的金属镍基体可以提高Ni(OH)₂膜的电子导电性; 纳米大小的Ni(OH)₂颗粒能够缩短质子的固相扩散路径. 上述因素是所制备的纳米多孔结构镍基复合膜电极具有优异赝电容特性的主要原因.     

电解-电化学混合电容器的制备与性能

为解决电化学电容器工作电压过低的问题, 本文以钽电解电容器的烧结型钽块为阳极, 聚苯胺(PANI)/TiO₂电化学电容器复合电极为阴极, 成功制备了高能量密度、高工作电压的电解-电化学混合电容器. PANI/TiO₂复合电极是通过在多孔阳极氧化钛纳米管阵列中电化学聚合PANI 制得. 该阴极具有优良的倍率特性, 当平均功率密度为0.55 mW·cm^-2时, 对应的比容量仍达到10.0 mF·cm^-2. 由于与电解电容器复合, 该混合电容器的单元工作电压可高达100 V. 而且电化学电容器阴极的比容量远大于阳极, 故阴极所需尺寸远小于阳极, 节省的空间可用于增大阳极尺寸, 从而使混合电容器的比容量极大提高. 所制备的混合电容器体积能量密度和质量能量密度分别是钽电解电容器的4 倍和3 倍. 将该混合电容器在100 V下进行短路充放电实验, 循环10000 次后发现容量未衰减, 等效串联电阻未增加, 显示出极好的循环稳定性和功率特性. 计算表明其最大功率密度高达847.5 W·g^-1. 电化学阻抗谱显示其具有优良的阻抗特性和频率特性.     

镍锡析氢活性阴极的电化学制备及其在碱性溶液中的电催化机理

采用恒电流电沉积法在铜箔基底上获得镍锡合金镀层电极. 电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)以及高分辨透射电镜(HRTEM)分析表明, 随着锡含量的增加, 镀层由镍晶胚与非晶镍锡构成的非晶态结构转变为Ni₃Sn₄与Ni₃Sn₂的混晶结构. 扫描电镜(SEM)分析发现, 非晶结构镍锡合金电极表面粒子分布均匀且粒径细小, Ni₃Sn₄与Ni₃Sn₂混晶结构的镍锡合金电极表面粗糙且断面呈分层自组装结构. 在25℃, 1 mol·L^-1 NaOH溶液中的稳态极化曲线表明非晶结构的镍锡合金电极具有良好的催化活性, 其析氢过电位仅为85 mV. 交流阻抗测试表明, 非晶以及混晶结构的镍锡合金在析氢电催化反应过程中由电化学吸附(Volmer)以及电化学脱附(Heyrovsky) 两个电荷转移过程控制, 且非晶结构电极相比于Ni₃Sn₄与Ni₃Sn₂混晶结构电极的高活性源于其活性氢具有更快的电化学吸附以及脱附速度.     

扫描电化学显微镜沉积六氰合铁酸盐微阵及其催化活性成像

采用扫描电化学显微技术在玻碳电极表面沉积出K₂Cu[Fe(CN)₆]和K₂Fe[Fe(CN)₆]微阵, 并对所得的微阵结构进行了可视化表征. 铜微电极和镀铁铂微电极阳极化产生金属离子, 然后与玻碳电极(基底电极)上还原产生的[Fe(CN)₆]^4－在微区生成六氰合铁酸盐沉淀, 操纵探针以跳跃沉积方式可以得到沉淀的点阵结构. 通过改变K₃[Fe(CN)₆]的浓度和沉积时间可以调整沉淀斑的直径和厚度. 扫描电化学显微镜成像表明微阵结构对多巴胺的氧化和过氧化氢的还原有明显的电催化作用.     

多孔锂-硅薄膜锂离子电池负极材料的电沉积制备及其电化学性能

采用多步恒电流沉积技术, 在铜箔上电沉积制备了多孔锂-硅薄膜电极(LSF). 用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试手段研究了该电极的结构和表面形貌. 作为锂离子电池负极材料, 电化学测试结果表明锂-硅薄膜电极具有较好的循环稳定性, 通过改变电沉积条件, 可有效调控该电极的嵌脱锂容量及首次循环效率. 譬如, 在0.5 mol·L^-1四氯化硅+0.7 mo·L^-1高氯酸锂的碳酸丙烯酯电解液中, 首先以-3.82 mA·cm^-2的恒定电流密度沉积600 s, 再将电流密度恒定为-1.27 mA·cm^-2, 继续电沉积7200 s, 制得锂-硅薄膜电极(LSF^-3), 该电极以12.7 μA·cm^-2的电流密度预循环2次, 其首次循环库仑效率高达97.1%. 预循环2次后, 电流密度增加到25.5 μA·cm^-2, 此时,锂-硅薄膜电极充电质量比容量和面积比容量分别为1410 mAh·g^-1及240.6 μAh·cm^-2; 50次循环后充电比容量为179 μAh·cm^-2 (1049 mAh·g^-1), 容量保持率为74.4%. 锂-硅薄膜电极中的活性锂组分可补偿首次循环时不可逆容量损失, 同时薄膜电极中的多孔结构可缓解电极材料的体积效应并改善其循环性能.     

氧化钌/石墨纳米片复合阵列电极的制备及其电容性能

通过电化学剥离法在石墨棒表面构筑了层数不等、彼此平行且垂直于基底的二维石墨纳米片(GNS)阵列, 而后采用阴极还原电沉积法在GNSs 表面均匀地包覆了一层氧化钌(RuO₂·xH₂O)薄膜, 形成了RuO₂·xH₂O/GNS 复合阵列电极. 电化学测试表明, RuO₂·xH₂O/GNS 复合阵列电极具有优良的超电容性能, 在0.5mol·L^-1 H₂SO₄电解质溶液中, 扫描速率为5 mV·s^-1, 电位窗口为0.9 V时, 其比电容高达4226 F·m^-2, 并且具有优异的循环性能, 经过20000圈充放电循环后, 电容保持率高达94.18%.     

n-型多孔Si/TiO2纳米线异质结构的制备及光电化学性能

采用光辅助电化学腐蚀法制备了n-型多孔硅衬底, 再采用水热法在其表面生长TiO₂纳米线制得了三维n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结构. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜和X射线能量散射等表征证实了n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结构的形成. 紫外-可见漫反射光谱测试结果表明, n-型多孔硅与TiO₂纳米线的复合提高了紫外-可见波段的光吸收. 光电性能测试结果表明, 3个样品中n-型多孔Si/TiO₂纳米线异质结作为光电极的光电流最高, 这说明n-型多孔Si/TiO₂纳米线作为光电极具有更高的光电化学分解水性能.     

Formation of uniform ferrocenyl-terminated monolayer covalently bonded to Si using reaction of hydrogen-terminated Si(111) surface with vinylferrocene/n-decane solution by visible-light excitation

Electrochemically active self-assembled monolayers (SAM) have been successfully fabricated with atomic-scale uniformity on a silicon (Si)(111) surface by immobilizing vinylferrocene (VFC) molecules through Si-C covalent bonds. The reaction of VFC with the hydrogen-terminated Si (H-Si)(111) surface was photochemically promoted by irradiation of visible light on a H-Si(111) substrate immersed in n-decane solution of VFC. We found that aggregation and polymerization of VFC was avoided when n-decane was used as a solvent. Voltammetric quantification revealed that the surface density of ferrocenyl groups was 1.4×10(-10) mol cm(-2), i.e., 11% in substitution rate of Si-H bond. VFC-SAMs were then formed by the optimized preparation method on n-type and p-type Si wafers. VFC-SAM on n-type Si showed positive photo-responsivity, while VFC-SAM on p-type Si showed negative photo-responsivity.     

低硅铝比ZSM-48分子筛合成及其正构十二烷临氢异构催化性能研究

通过静态水热合成法,溴化六甲二铵作为结构导向剂合成出系列低硅铝比的ZSM48沸石分子筛(Si/Al100),所合成样品中最低硅铝比为38.6(ICP-AES),这将拓宽ZSM-48高硅沸石分子筛的应用范围。制备Pt负载双功能催化剂,用于正构十二烷临氢异构催化反应。结果表明,硅铝比的改变可以影响催化剂的活性,投料硅铝比为70的双功能催化剂具有最优的催化性能,但硅铝比改变对异构产物的分布没有明显的影响,其异构产物以支链在中间位的异构体为主。     

中间相Si-Cu合金作为锂离子电池负极材料的第一性原理研究

采用第一性原理平面波赝势法,对中间相Si-Cu合金作为锂离子电池负极材料的嵌脱锂机理进行研究.结果表明,4个Si-Cu合金相中Si0.125Cu0.875合金相具有最低的体积膨胀系数及最低的嵌锂电位,导电性在4个合金相中排第二位,具有最佳的电化学综合性能.     

反应温度对聚二甲基硅烷高压合成聚碳硅烷性能的影响

以聚二甲基硅烷(PDMS)为原料,在高压釜内高温高压合成了聚碳硅烷(PCS)先驱体.研究了反应温度对合成的PCS的Si—H键含量、支化度、Si—Si键含量、分子量及其分布、软化点及产率的影响.研究表明,随着反应温度的提高,分子量及软化点均明显增加,分子量分布变宽,支化度升高,Si—Si键含量明显降低.当反应温度低于460℃时,Si—H键含量及产率随反应温度的升高逐渐升高,当反应温度高于460℃时,由于分子间的缩合及热交联二者逐渐降低.在反应过程中PDMS首先转化为小分子量的PCS,然后是小分子PCS分子间发生脱氢及少量脱甲烷缩合使分子量长大.当反应温度高于450℃时,PCS分子量分布出现中分子量峰,Si—Si键含量较低,在室温空气中比较稳定.     

Characterization of silica-pillared derivatives from aluminum-containing kanemite

A series of aluminum-containing kanemite (Al-kanemite) samples with several Si/Al molar ratios were synthesized. The Al-kanemite samples were pillared with silica. X-ray diffractograms showed that the layered structure of the Al-kanemite samples was maintained at Si/Al= infinity approximately 10 but was broken at Si/Al = 5, 2.5, and 1. 29Si MAS NMR spectra of the Al-kanemite samples, except for that of Si/Al = 1, mainly showed peaks of Q(3) sites, which were attributed to Si(OSi)(3)(OH) groups, although peaks assigned to Si(OAl)(OSi)(2)(OH) were also seen. The 27Al MAS NMR spectra indicated that the Al-kanemite samples had only four-coordinate aluminum atoms. The FTIR spectra of pyridine adsorbed on the pillared Al-kanemite derivatives revealed Lewis acid sites on the surface. The nitrogen adsorption isotherms of the derivatives were classified as type I (Langmuir) absorption isotherms. Using the alpha(s) method, the specific surface areas of the derivatives were 572-756 m(2)g(-1), and the pore sizes were calculated as 1.25-1.83 nm. The pillared Al-kanemite derivatives had slit-shaped micropore structures.     

Covalent attachment of acetylene and methylacetylene functionality to Si(111) surfaces: scaffolds for organic surface functionalization while retaining Si-C passivation of Si(111) surface sites

Si(111) surfaces have been functionalized with Si-CC-R species, where R = H or -CH3, using a two-step reaction sequence involving chlorination of H-Si(111) followed by treatment with Na-CC-H or CH3-CC-Na reagents. The resulting surfaces showed no detectable oxidation as evidenced by X-ray photoelectron spectroscopic (XPS) data in the Si 2p region, electrochemical measurements of Si-H oxidation, or infrared spectroscopy. The Si-CC-R-terminated surfaces exhibited a characteristic CC stretch in the infrared at 2179 cm-1, which was strongly polarized perpendicular to the Si(111) surface plane. XPS measurements in the C 1s region showed a low binding energy peak indicative of Si-C bonding, with a coverage that was, within experimental error, identical to that of the CH3-terminated Si(111) surface, which has been shown to fully terminate the Si atop sites on an unreconstructed Si(111) surface. The Si-CC-H-terminated surfaces were further functionalized by exposure to n-C4H9Li followed by exposure to para Br-C6H5-CF3, allowing for introduction of para -C6H5CF3 groups while maintaining the desirable chemical and electrical properties that accompany complete Si-C termination of the atop sites on the Si(111) surface.     

Microstructural and Mechanical Properties of Al-20%Si Containing Cerium

In this paper the effect of cerium addition in hypereutectic Al-Si alloys was studied. Casting method was used to produce Al-20Si with variation of Ce contents. The sample characterization studied was investigated by Optical Microscope, X-ray fluorescence and X-ray Diffraction. Vickers microhardness and wear test was carried out to study the influence of Ce towards the Al-20Si alloys. The addition of Ce in the Al-20Si alloys refined the Si primary phase as the Ce content increases. The results showed that the addition of 0.46 to 2.24 wt.% of cerium in Al-20Si alloys led to the formation of fine cells dispersed in the Al-matrix. These fine cells consist of a mixture of eutectic Si particles and intermetallic Al3Ce and CeAl1.2Si0.8 phase in Al matrix. The amount of rod- like intermetallic Al3Ce and CeAl1.2Si0.8 phase increases with increasing Ce content. The microhardness of Al-20Si alloys increases with the increase in Ce content. Addition of Ce up to 1.61 wt.% Ce improve the wear properties of Al-20Si alloy.     

骨架富含Si(4Al)结构的SAPO-34分子筛的合成及其对甲醇制烯烃反应的催化性能

通过在初始凝胶中加入HF合成了骨架富含Si(4Al)配位结构的SAPO-34分子筛. 使用X射线衍射、扫描电镜、X射线荧光和核磁共振等表征手段研究了初始凝胶中HF的加入对合成SAPO-34分子筛的晶体结构、晶体形貌、元素组成以及骨架硅配位环境的影响. 结果表明,在初始凝胶中加入F离子后,合成的SAPO-34分子筛的晶体结构更加规整;随着初始凝胶中F离子含量的提高,合成的SAPO-34分子筛晶体骨架中Si(4Al)配位结构的数量增多, Si(nAl)(n=3～0)配位结构的数量减少. 将合成的SAPO-34分子筛催化剂用于甲醇制烯烃反应,结果显示, SAPO-34分子筛骨架中富含Si(4Al)配位结构可以有效提高反应产物中乙烯的选择性,同时能够延长催化剂的寿命.     

中孔分子筛SO42-/Zr-MCM-41催化裂解聚丙烯反应研究

采用水热合成法制备了不同硅锆比的中孔分子筛Zr-MCM-41,用强酸性基团SO42-对其进行修饰,制得SO42-/Zr-MCM-41中孔分子筛.采用XRD、FT-IR、NH3-TPD及氮气吸附脱附等技术对其结构和酸强度进行表征.通过改变硅锆比、负载不同的酸性基团对Zr-MCM-41的酸性进行调变,并将其用于催化聚丙烯(PP)的裂解反应,结果表明S i/Zr=40的SO42-/Zr-MCM-41具有较好的催化裂解活性.另外,与热裂解以及HZSM-5和Zr-MCM-41为催化剂时PP的裂解反应结果进行了比较,结果证明SO42-/Zr-MCM-41不仅具有较高的裂解转化率,而且具有较高的液体产物收率,适宜于空间位阻较大的PP的催化裂解反应.