α-MnO2纳米棒/多孔碳正极材料的制备及水系锌离子电池性能研究

针对水系锌离子电池锰基正极材料存在比容量低、循环稳定性差等问题, 本工作利用水热法制备出棒状结构的α-MnO₂, 通过柠檬酸钠高温碳化制备多孔碳, 进而通过超声分散等处理制备出α-MnO₂/PCSs复合材料. 三维的多孔网络有助于提高电子导电性, 提供一个稳定的支撑;α-MnO₂纳米棒均匀地附着在多孔碳纳米片层表面, 有效地避免α-MnO₂的团聚, 从而提高锌离子传输效率. 得益于α-MnO₂/PCSs独特的结构优势, 将其作为锌离子电池正极材料, 在电流密度为0.1 A•g^–1的条件下循环100次后, 其可逆容量为350 mAh•g^–1, 在1 A•g^–1的大的电流密度下, 经过1000圈循环后, 容量可达160 mAh•g^–1, 展现了优异的循环稳定性能, 有望成为高性能锌离子电池的潜在正极材料.     

碳纸负载高指数晶面铂纳米粒子的制备及其在直接甲酸燃料电池中的催化性能研究

直接甲酸燃料电池(DFAFCs)是一种很有前景的可用于移动电子设备的电源. 钯对甲酸电催化氧化有很高的活性,但稳定性较差,容易失活;铂对甲酸电催化氧化的活性低于钯,但稳定性好. 前期研究表明,高指数晶面铂纳米粒子对甲酸的电催化氧化活性显著高于低指数晶面铂纳米粒子. 本文以碳纸为载体,应用方波电位法生长高指数晶面铂纳米粒子（HIF-Pt/C-paper）,通过改变方波上下限电位,合成出不同粒径的二十四面体和偏方三八面体铂纳米粒子. 进一步在碳纸上修饰一层碳黑微孔层并优化电沉积条件,制备出粒径约10 nm,载量0.069 mg•cm^-2的HIF-Pt/C-paper作为DFAFCs的阳极催化剂.在甲酸浓度为3M时,测得30℃下单电池最大功率密度10.6 mW•cm^-2,最大质量功率密度153.5 mW•mg^-1_Pt,是以1mg•cm^-2 载量的商业60 wt% Pt/C为阳极催化剂的电池的8.4倍. HIF-Pt/C-paper阳极DFAFCs在20 mA•cm^-2条件下运行50 h,电压保持率为95%,显示出很好的稳定性.     

氢气泡模板法制备多孔镍用于电催化氧化乙醇

多孔镍通过同时在水溶液中析出氢气及还原镍离子电沉积生成,其在强碱溶液中对乙醇表现出良好的电催化氧化效果。 在1 mol/L KOH溶液中,多孔镍的电极反应为准可逆的β-氢氧化镍与β-羟基氧化镍之间质子耦合电子转移。 循环伏安图显示峰值电流密度与电势扫描速度平方根成线性关系,据此计算可得多孔镍的质子扩散系数值为2.92×10^-8 cm²/s,其高于块状镍体系的质子扩散系数值约4个数量级,这可能由真实表面积增大导致。 循环伏安法和计时电流法用来表征多孔镍对乙醇的电催化氧化能力,相对于(220)镍电极,多孔镍表现出更高的催化效率,计时电流法测量的催化反应速率常数为7.17×10³ cm³/(mol·s)。     

α-氨基酸及其酯化物侧链对其β-环糊精复合物稳定常数的影响

为了探索α-氨基酸及其酯化物的侧链R基团对其与环糊精非共价复合物结合强度的影响, 将一定摩尔比的β-环糊精(β-CD)分别与L型正缬氨酸(n-Val)、 亮氨酸(Leu)、 苯丙氨酸(Phe)、 天冬氨酸(Asp)、 天冬氨酸-4-苄酯(Asp-4-benzyl ester)和天冬氨酸-4-叔丁酯(Asp-4-t-butyl ester)在室温下混合, 反应平衡后采用电喷雾电离质谱进行竞争反应检测, 并以改进的质谱滴定结合曲线拟合法计算结合常数. 结果表明, 它们均可形成摩尔比为1∶1的非共价复合物. 在2组竞争反应中, 复合物的结合强度顺序分别为[β-CD∶Asp-4-benzyl ester+H]⁺>[β-CD∶Asp-4-t-butyl ester+H]⁺>[β-CD∶Asp+H]⁺以及[β-CD∶Phe+H]⁺>[β-CD∶Leu+H]⁺>[β-CD∶n-Val+H]⁺. 质谱滴定曲线拟合法测得[β-CD∶n-Val+H]⁺, [β-CD∶Asp+H]⁺, [β-CD∶Asp-4-t-butyl ester+H]⁺, [β-CD∶Asp-4-benzyl ester+H]⁺, [β-CD∶Leu+H]⁺和[β-CD∶Phe+H]⁺的稳定常数(lgK_st)分别为1.81, 2.54, 3.14, 3.26, 3.36和3.67, 结合强度依次增强. 竞争反应的定性分析结果与质谱滴定定量法测得结合强度结果的趋势一致. 由于所选用的α-氨基酸及其酯化物客体的羧基端(—COOH)和氨基端(—NH₂)均相同, 且都为亲水基团, 仅有侧链R基团不同, 因此在溶液中客体分子受疏水驱动与β-CD主体靠近并结合时, 侧链R基团的疏水力和极性2个因素起重要作用. 由于客体分子体积小, 其碳端的羧基还可与β-CD大口或小口边缘的羟基形成氢键, 使复合物更加稳定.     

直接甲酸燃料电池的研究进展

近年来,直接甲酸燃料电池(DFAFC)的研发取得了很大的进展,已有报道用Pd作阳极催化剂的DFAFC的最大能量密度为0.25 W/cm²,很接近于以氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC),表明DFAFC有很好的发展前景。 综述了DFAFC的研究进展、甲酸电氧化机理、阳极复合催化剂性能提高的原因和机理。DFAFC存在的主要问题,并对其发展进行了展望。     

基于修饰的β-环糊精的超分子体系研究及应用进展

β-环糊精是一类环状的、由7个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的低聚糖,具有“内疏水、外亲水”的刚性锥形空腔结构。 近年来,基于β-环糊精的超分子体系的制备及应用取得前所未有的显著进展。 本文主要综述了β-环糊精衍生物、低聚物以及多聚物在合成方面的新进展,介绍了基于β-环糊精的分子组装,以及以β-环糊精及其修饰物为超分子主体的超分子体系在药物运输、基因传递、催化反应、污染治理等方面的最新应用。 目前,对β-环糊精基本性质及应用的研究已日趋成熟,但仍存在许多实际性的问题需要解决。 随着研究的进一步深入,有望实现β-环糊精在各领域的大规模、深层次应用。     

Pd/TiC-C催化剂对甲酸氧化的电催化性能

研究了TiC和C作混合载体的Pd(Pd/TiC-C)催化剂对甲酸氧化的电催化性能。发现Pd/TiC-C催化剂对直接甲酸燃料电池(DFAFC)中甲酸氧化的电催化性能要优于Pd/C催化剂。而且,Pd/TiC-C催化剂的电催化性能与C和TiC的质量比有关,当质量比为2时,Pd/TiC-C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性最好,甲酸在C和TiC的质量比为2的Pd/TiC-C催化剂电极上的氧化峰峰电位为0.164 V,比在Pd/C催化剂电极上负移12 mV,峰电流密度为23.08 mA/cm2,比在Pd/C催化剂电极上高约42％。     

改性钛基PbO2电极的制备及其对COD的快速检测

通过制备Ti/α/β-PbO₂、Ti/Ag/β-PbO₂这两种含有不同中间层的钛基二氧化铅电极来探究电催化氧化技术快速测定葡萄糖模拟废水中有机物(COD)含量的可行性。为了评估两种电极的各项性能,首先采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对电极进行形貌表征,其次进行电化学性能测试包括线性伏安曲线(LSV)、塔菲尔曲线(Tafel)、循环伏安曲线(CV)以及交流阻抗测量分析。结果表明,Ti/α/β-PbO₂电极表面晶体结构更加均匀,晶粒尺寸偏小,具有更大的电活性表面积。Ti/α/β-PbO₂电极的析氧电位为1.77 V,为·OH的产生提供良好条件。在Tafel、CV测试中,Ti/α/β-PbO₂电极的交换电流密度i₀及比电容C_p分别为0.0995 A·cm^-1、0.004098 F·cm^-1均高于Ti/Ag/β-PbO₂电极,说明Ti/α/β-PbO₂电极的耐腐蚀性以及释放电子的能力优异。最终选用Ti/α/β-PbO₂电极为工作电极。Ti/α/β-PbO₂电极检测COD的最佳条件为：氧化电位1.30 V、电解时间150 s、电解液浓度0.03 mol·L^-1 硝酸钠(NaNO₃)。电化学法与比色消解法测定COD的相关系数可达0.9909,同时具有良好的重现性与相关性,COD的检测范围为0 mg·L^-1 ~ 500 mg·L^-1。在误差允许的范围内可以替代标准的重铬酸钾法,为实现COD的在线快速检测提供参考价值。     

直接甲酸钠/铁氰化钾微流体燃料电池性能研究

微流体燃料电池(MFC)利用两股流体在微通道内呈平行层流的特性, 无需传统燃料电池中的质子交换膜, 自动将燃料与氧化剂隔开. 本工作构建了阴阳极均为碱性介质且阴极无催化剂即可反应的直接甲酸钠/铁氰化钾MFC, 考察了反应物流速、氧化剂浓度、燃料浓度对该电池产电性能的影响. 实验结果表明, 在反应物流速为200 μL•min^-1, 铁氰化钾氧化剂浓度为1 mol•L^-1, 甲酸钠燃料浓度为1.5 mol•L^-1时, 该微流体燃料电池性能达到最优, 其最高功率密度为123.93 mW•cm^-2, 极限电流密度为220.93 mA•cm^-2. 为了获得该电池的稳定运行性能, 对电池进行了恒电压放电实验. 结果表明, 该电池在2.25 h内可以持续较稳定地放电. 此外, 对该电池在开路状态下进行了电化学阻抗谱测试, 获得该电池内阻为18.4 Ω.     

双金属氮化物NiMoN析氢催化剂制备及其电解海水析氢性能的研究

电解水制氢是最具潜力的绿氢制备技术, 而高效析氢反应(HER)催化剂的开发对其大规模推广意义重大. 选用氯化镍和钼酸铵为镍源和钼源, 通过原位生长法获得NiMo双金属催化剂前驱体, 再以二腈二胺为氮源, 高温氮化-程序升温法制备了一系列NiMo_xN@NC催化剂(x代表钼酸铵和氯化镍的物质的量比), 并对催化剂进行了结构、形貌以及金属价态表征. 分别在1 mol/L KOH碱液以及模拟海水中分析了析氢(HER)性能. 结果表明, 碱液中NiMo_xN@NC催化剂均具有良好的电荷转移速率(R_ct<1 Ω), 具有较好的内在催化活性(Tafel斜率103~168 mV/dec). 其中, NiMo_0.75N@NC催化剂具有最高的极限电流(–178 mA/cm²), 最小的过电势η₁₀=0.164 V, η₁₀₀=0.448 V), 最高的内在催化活性, Tafel斜率只有103 mV/dec, 且具有较好的稳定性. 在海水中, 在10 mA/cm²和40 mA/cm²的负载电流下, NiMo_0.75N@NC催化剂依旧表现出了较好的稳定性.     

偏钒酸钠对甲酸在Pd/C催化剂上氧化的电催化性能影响的机理

直接甲酸燃料电池的两大问题是Pd催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好和Pd能催化甲酸分解。研究发现,当Pd/C在偏钒酸钠溶液中浸泡后能吸附上VO3-,吸附上VO3-的Pd/C催化剂对甲酸分解的催化性能会大大降低,由甲酸分解产生的CO的量也大大降低,使Pd/C催化剂被CO毒化的几率也大大降低,因此,在偏钒酸钠溶液中浸泡后的Pd/C催化剂对甲酸氧化的峰电流密度要比没有浸泡的Pd/C催化剂高13%左右。计时电流曲线的测量表明,6000 s时在偏钒酸钠溶液中浸泡后的Pd/C催化剂对甲酸氧化的峰电流密度要比没有浸泡的Pd/C催化剂高42%左右。结果证明,在偏钒酸钠溶液中浸泡能提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性,特别是电催化稳定性。     

直接甲酸燃料电池Pd阳极催化剂及其电催化稳定性

直接甲酸燃料电池(DFAFC)中Pd阳极催化剂对甲酸氧化具有很好的电催化活性, 但电催化稳定性较差, 因此, 对Pd催化剂电催化活性和稳定性的影响原因和机理的研究已经成为DFAFC阳极催化剂的研究重点, 本文综述了DFAFC中Pd催化剂和Pd基复合催化剂的研究和发展概况. 主要介绍了Pd催化剂的优缺点、稳定性及提高稳定性的方法和机理等, 为Pd催化剂和Pd基复合催化剂的实际应用奠定基础.     

剪切速率对等规聚丙烯的结晶和形貌的影响

利用同步辐射小角X射线散射、 广角X射线衍射和差示扫描量热法研究了不同剪切速率下等规聚丙烯的结晶结构. 结果表明, 施加剪切会导致β晶生成, 但基本不改变样品总结晶度. β晶含量随着剪切速率的提高先升高后降低, 与α晶具有竞争关系. 当剪切速率在10~32 s^-1之间时, α晶和β晶共存, 并存在分属于两种晶型的两组长周期, 其中较大的长周期属于β晶.     

Pd/WO_3-RGO纳米催化剂对甲酸氧化的电催化性能

采用表面修饰技术将WO_3晶粒引入到氧化石墨烯(GO)表面,通过硼氢化钾还原法制备了载钯催化剂Pd/WO_3-RGO.对催化剂进行了结构和形貌表征,并考察了该催化剂对甲酸氧化的电催化性能.结果表明,Pd/WO_3-RGO催化剂由石墨烯、单斜态WO_3和立方面心Pd晶粒组成,Pd颗粒均匀分散在载体上;使用Pd/20%WO_3-RGO催化剂电极时的甲酸氧化最大峰电流密度大幅增加,是Pd/RGO催化剂电极甲酸氧化峰电流密度的2.5倍;Pd/WO_3-RGO催化剂稳定性大大增强,且具有更加优异的抗CO中毒能力;Pd晶粒与WO_3晶粒的相互交叠有利于它们之间的催化协同效应,增强催化剂的催化性能.     

α,β,γ,δ,ε,η-Bi2O3电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论的CASTEP模块研究了α, β, γ, δ, ε和η-Bi₂O₃晶型, 计算分析了其几何结构、 能带结构、 电子态密度和光学性质. 结果表明, α, ε和η相均为层状结构, 其中, α和ε相为单层—Bi—O—结构, 而η相为双层—Bi—O—结构; β, γ和δ相为—Bi_m—O_n—交错结构, 其中δ相交错尤为密集, 呈现导体特性. 各晶相的导带均由Bi 6p态构成, 价带由O_2p态起主导作用. 电势电位分析结果表明, 6种晶相价带电位均在H₂O/O₂之下, 具有强氧化能力, 与实验报道的光催化氧化能力大小顺序γ-Bi₂O₃>β-Bi₂O₃>α-Bi₂O₃>δ-Bi₂O₃一致, 而导带还原电位低于H₂/H₂O, 预测纯Bi₂O₃很难具备催化产氢能力. 光学性质分析发现, γ和δ相的起始响应波长较大, 说明其应具备红外激发的性质. 这些结果可为获得偏红外激发和较宽光谱响应的Bi₂O₃材料研究提供理论基础, 为研发和应用Bi₂O₃及其复合物提供重要的指导.     

基于纳米CdS对尿酸的光催化氧化和铜(Ⅱ)配合物对氧的电催化还原的燃料电池性能

以纳米硫化镉薄膜修饰的铟锡氧化物电极(CdS/ITO)作光阳极, 铜(Ⅱ)配合物[Cu(phen)(L-Trp)·(H₂O)]⁺(phen=1,10-菲啰啉, L-Trp=L-色氨酸)修饰单壁碳纳米管(SWCNTs)电极作阴极, 构建了光催化尿酸(UA)燃料电池, 并研究了其性能及热处理温度的影响. 结果表明, 在40 ℃以下获得的纳米CdS修饰电极在320~550 nm波长区间显现明显的吸收和光伏响应, 在可见光辐射下能光催化氧化UA; 较高温度的热处理(200~300 ℃)却降低了纳米CdS对UA的光催化氧化活性. [Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极在-0.131 V电位下呈现一对准可逆的氧化还原峰, 并能电催化还原O₂和H₂O₂. 此外, 基于UA在CdS/ITO电极上的光催化氧化及O₂在[Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极上的电催化还原, 组装了UA(0.2 mmol/L)燃料电池, 其在可见光照射(0.18 mW/cm²)下产生0.52 V开路电压, 13.08 μA/cm²短路光电流, 在0.41 V下呈现的最大功率密度为4.10 μW/cm².     

黑果枸杞叶多糖LRLP3的结构、抗氧化活性及免疫活性

黑果枸杞叶经水提醇沉, 离子交换柱层析和凝胶柱层析分离纯化, 得到平均分子量为79400的均一多糖组分LRLP3. 对该多糖的理化性质、 结构、 抗氧化活性及免疫活性的研究结果表明, LRLP3为多分支结构, 主链为(1→3)βGalp, 大部分半乳糖6位存在分支; 支链由(1→6)βGalp, (1→4)βGalp, (1→3)βAraf, (1→3)αArap, (1→5)βAraf和(1→2,4)αRhap组成, 非还原末端由αAraf, βGalp和βGlcp组成. LRLP3具有较强的还原能力, 可显著清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基、 羟自由基和超氧阴离子自由基, 有效抑制Cu²⁺/H₂O₂诱导的蛋白氧化损伤和H₂O₂诱导的细胞氧化损伤. LRLP3在体外对未经诱导和经刀豆蛋白(ConA)或脂多糖(LPS)诱导的小鼠脾细胞增殖均有促进作用.     

碳纳米管负载的纳米Pd-Ag催化剂对乙醇和丙醇氧化的电化学活性

在乙二醇和水混合溶剂中,采用硼氢化钠还原的方法制备了多壁碳纳米管（MWCNT）负载的Pd和Pd-Ag纳米颗粒催化剂;在碱性介质中,用循环伏安法测试了这些催化剂对乙醇、正丙醇和异丙醇的电氧化性能。结果表明,Pd和Pd-Ag纳米颗粒均匀地分散在MWCNT表面;Pd/MWCNT、Pd₄Ag₁/MWCNT、Pd₂Ag₁/MWCNT和Pd₁Ag₁/MWCNT催化剂上金属颗粒的平均粒径分别为7、4、7和11 nm。相比乙醇和异丙醇,所制备的催化剂对正丙醇的氧化表现出较大的电流密度。与Pd/MWCNT催化剂相比,双金属Pd_nAg₁/MWCNT（n=4、2、1）催化剂,尤其是Pd₄Ag₁/MWCNT上的电流密度更大,表明Ag的加入提高了Pd催化剂对醇氧化的电化学活性,其原因是因为醇氧化过程所产生的中间体物种在双金属Pd-Ag/MWCNT催化剂上的吸附力有所减弱。     

芘基查尔酮的合成及三阶非线性光学性质

合成了一种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料1-(芘-1-基)-3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酮(PMAK),并通过 NMR、IR、MS和元素分析等技术手段进行了表征。 采用溶液Nd:YAG激光技术测定了PMAK的三阶非线性光学性质并确定了相关参数。 纳秒实验结果:折射率n₂=-3.5×10^-17 m²/W,吸收系数β=7.0×10^-10 m/W,极化率χ⁽³⁾=2.54×10^-11 esu,分子超极化率γ=3.44×10^-30 esu;皮秒实验结果:n₂=-2.8×10^-18 m²/W,β=8.3×10^-11 m/W,χ⁽³⁾=2.49×10^-12 esu,γ=3.33×10^-31 esu。     

大孔炭载Pd催化剂对甲酸氧化的电催化性能

用X射线能量色散谱(EDS)、X射线衍射(XRD)谱、拉曼光谱和电化学技术研究和比较了直接甲酸燃料电池(DFAFC)中Vulcan XC-72炭黑载Pd (Pd/XC)和大孔炭载Pd (Pd/MC)催化剂对甲酸氧化的电催化性能. 循环伏安曲线测量表明甲酸在Pd/XC和Pd/MC催化剂电极上主要氧化峰的峰电位基本相同, 在0.15 V左右, 但在Pd/MC催化剂电极上的峰电流密度比在Pd/XC催化剂上的大30%左右. 计时电流曲线测量表明, 在6000 s时, 在Pd/MC催化剂电极上的峰电流密度比在Pd/XC催化剂上的大38%左右, 这些结果说明Pd/MC催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性要好于Pd/XC催化剂. 由于Pd/MC和Pd/XC催化剂的Pd粒子平均粒径和相对结晶度相似, 因此, Pd/MC催化剂电催化性能好的原因只能归结于MC大的孔径和高的石墨化程度引起的高电导率.