锌电极放电过程及失效机制数值分析

锌-空气电池是一种高能量的电池体系.实验表明, 在大功率工作条件下, 锌电极的材料利用率随电流密度的增加而急剧下降. 为探索其在大功率工作条件下的放电机理, 本文针对这一过程建立了一维数学模型, 通过数值求解模拟多个物理量如离子浓度、传递电流密度、电极孔隙度、固体氧化锌等在电极内部的分布变化情况, 在此基础上分析电极的性能. 数值结果分析表明, 固体氧化锌对电极内质量传输过程的限制是导致电极失效的根本原因. 其析出时间及在电极内部的集中分布位置对电极性能有显著影响; 而仅当其体积分数超过30%-35%的范围后才开始显著限制传质过程. 讨论了电极的优化措施, 模拟表明更高的溶液电导率,更大的电极孔隙度有利于增加大功率工作条件下电极的材料利用率. 但最重要的是保持电极内部氢氧根离子的浓度在一个较高的值,对于封闭式电极可以通过补液实现, 理想情况为设计一个电解液循环式的锌电极.     

电场对金属串配合物M3(dpa)4Cl2 (M=Co,Rh, Ir; dpa=dipyridylamide)结构的影响

应用密度泛函理论PBE0 方法研究具有分子导线潜在应用的金属串配合物M₃(dpa)₄Cl₂ (1: M=Co, 2: M=Rh, 3: M=Ir; dpa=dipyridylamide)在电场作用下的几何和电子结构. 结果表明: 配合物基态均是二重态. 1和2的M₃⁶⁺金属链形成三中心三电子σ键, 3 中M₃⁶⁺形成三中心四电子σ键且存在弱的δ键. 随金属原子周期数增大其M―M键增强、LUMO与HOMO能隙减小、金属原子的反铁磁耦合减弱以至消失且自旋密度向配体的离域增强. 在Cl4→Cl5 电场作用下, 低电势端的M3－Cl5 键缩短, 高电势端的M2―Cl4 键增长, M―M平均键长略为缩短, M―M键增强, 有利于分子线的电子传递; 分子能量降低, 偶极矩线性增大. 低电势端Cl5的负电荷向高电势端Cl4 转移, 且3 中金属原子的正电荷由高电势端向低电势端的转移较明显, 自旋电子由低电势端向高电势端金属原子移动, 但桥联配体dpa^-与M和Cl 所在的分子轴间没有电荷转移. 电场使LUMO与HOMO能隙减小, 有利于分子的电子输运. 随金属原子周期数增大, 电场作用下M―M平均键长变化减小, LUMO、HOMO的能级交错现象减少.     

酸性AlCl3-BMIC离子液体中的铝阳极溶解

采用线性扫描伏安法研究了Lewis 酸性AlCl₃-BMIC (BMIC: 1-butyl-3-methylimidazolium chloride)离子液体中铝电极的溶解. 铝电极在阳极极化时出现了钝化现象, 钝化是由于在铝电极表面形成了固体AlCl₃钝化膜造成的. 铝的电化学溶解过程可以依次分为三个区: 电化学控制区、过渡区和钝化区. 在电化学控制区, 铝的电化学溶解速率随着电位的正移而逐渐增加; 在过渡区, 由于电极表面AlCl₄^-和Al₂Cl₇^-浓度发生改变而析出固体AlCl₃使得铝电化学溶解速率随着电位的正移而逐渐减小; 当钝化膜形成之后, 铝的电化学溶解速率不再随着电位的正移而发生改变, 铝溶解进入钝化区. 增加搅拌、升高温度、降低离子液体AlCl₃摩尔分数都可以增加铝溶解阳极极限电流密度.     

十二烷基硫酸钠水溶液的动态表面吸附性质

利用MPTC型气泡压力张仪研究了十二烷基硫酸钠(SDS)溶液在不同NaCl 浓度下的动态表面吸附性质, 分析了离子型表面活性剂在表面吸附层和胶束中形成双电层结构产生表面电荷对动态表面扩散过程和胶束性质的影响. 结果表明, SDS在表面吸附过程中, 表面电荷的存在会产生5.5 kJ·mol^-1的吸附势垒(E_a), 显著降低十二烷基硫酸根离子(DS^-)的有效扩散系数(D_eff). 十二烷基硫酸根离子的有效扩散系数与自扩散系数(D)的比值(D_eff/D)仅为0.013, 这表明SDS与非离子型表面活性剂不同, 在吸附初期为混合动力控制吸附机制. 加入NaCl可以降低吸附势垒. 当加入不小于80 mmol·L^-1 NaCl后, E_a小于0.3 kJ·mol^-1, D_eff/D在0.8-1.2之间, 表现出与非离子型表面活性剂相同的扩散控制吸附机制. 同时, 通过分析SDS胶束溶液的动态表面张力获得了表征胶束解体速度的常数(k₂). 发现随着NaCl 浓度的增大, k₂减小, 表明SDS胶束表面电荷的存在会增加十二烷基硫酸根离子间的排斥力, 促进胶束解体.     

EDTA对活性炭的功能化处理及其对炭载Pd催化剂电催化性能的影响

采用乙二胺四乙酸(EDTA)对活性炭进行功能化处理, 研究了其对表面基团、炭载Pd 纳米粒子结构及Pd催化剂电催化性能的影响. 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)表征表明, EDTA处理在炭表面引入了含氮基团. X射线粉末衍射(XRD)光谱、透射电镜(TEM)和电化学测试结果显示, 活性炭经EDTA处理后, 负载的Pd粒子粒径虽有所增大, 但由于炭载体与Pd粒子相互作用的增强, Pd利用率增加, 催化剂对甲酸氧化的活性和稳定性均显著提高. 电化学阻抗谱(EIS)分析进一步揭示, 甲酸在该催化剂电极上的电氧化反应具有较低的电荷传递电阻.     

磷酸基团在环丙沙星光敏损伤DNA中的作用

利用紫外-可见稳态吸收光谱, 稳态荧光发射光谱和激光光解瞬态光谱实验方法研究了磷酸基团在环丙沙星(CPX)光敏损伤DNA中的作用. 紫外-可见和稳态荧光光谱实验证实了磷酸根离子影响环丙沙星的稳态吸收和发射谱, 实验结果表明磷酸根是通过弱相互作用与环丙沙星结合. 我们还利用激光闪光光解实验分别研究了鸟苷(Gua), 脱氧鸟苷(dG)以及脱氧鸟苷酸(dGMP)对环丙沙星三线态(³CPX^*)的影响, 通过对比实验证实了在环丙沙星光敏损伤dGMP中, 由于磷酸基团的存在, 导致了环丙沙星三线态吸收峰的改变, 从而改变了光敏损伤反应的途径. 通过研究发现, 光敏损伤途径的改变是由于dGMP结构上磷酸基团通过氢键与环丙沙星结合所造成的. 最后, 根据实验结果并对比Gua, dG和dGMP的结构, 提出了一个合理的磷酸基团的作用机理.     

Ce4+替代Pu4+的模拟固化体(Gd1-xCex)2Zr2O7+x的合成及结构演变

Gd₂Zr₂O₇中Gd具有很大的中子吸收截面, 其烧绿石结构-缺陷萤石结构的转变能较低, 使其成为理想的核废料固化基材. 使用硝酸盐为原料, 添加少量NaF作助熔剂, 在较低温度下(和传统高温固相反应相比), 合成了烧绿石型Gd₂Zr₂O₇. 以Ce⁴⁺模拟Pu⁴⁺, 研究了Gd₂Zr₂O₇对锕系核素的固化, 并合成了系列模拟固化体(Gd_1-xCe_x)₂Zr₂O_7+x (0≤x≤0.6). 采用粉末X射线衍射(XRD)对系列样品进行了表征. 结果表明: 随着x值的增大,样品从烧绿石结构向缺陷萤石结构转变, 且晶胞大小基本保持恒定, 但当x=0.6时, 衍射峰明显宽化, 晶格畸变比较严重, 晶格稳定性降低. 当x=1时, 即用Ce⁴⁺完全取代Gd³⁺进行合成, 不能得到Ce₂Zr₂O₈, 产物发生了相分离, 为四方结构的(Zr_0.88Ce_0.12)O₂和萤石结构的(Ce_0.75Zr_0.25)O₂的混合物. 模拟固化体的浸出率测试表明: 当x≤0.2时, 各元素浸出率均很低, 但当x≥0.4时, 各元素的浸出率明显升高, 说明以Gd₂Zr₂O₇作为固化Pu⁴⁺的基材, Pu⁴⁺掺入量不宜高于40%.     

复合软模板法可控制备红毛丹状AlOOH/Al2O3纳米材料

以Al(NO₃)₃为铝源,尿素为均相沉淀剂, 在聚乙二醇400(PEG4000)-DL-天冬氨酸形成的复合软模板体系中, 通过简单的常压回流方式成功合成出形貌和尺寸较为均一的红毛丹状γ-AlOOH纳米结构, 继而考察了反应物和添加剂用量对前驱体形貌和尺寸的影响, 并对γ-AlOOH纳米结构可能的形成机理进行了探讨. 实验结果表明, 所合成的红毛丹状γ-AlOOH具有球中球的核壳结构, 统计得内球直径约为400 nm, 外壳外径约为600 nm, 密集状态的壳层厚度约为15 nm, 毛刺状凸出物长度可达60 nm以上. 前驱体样品经600℃煅烧5 h后即转变为具有良好形貌继承性的γ-Al₂O₃, Brunauer-Emmett-Teller (BET) N₂-吸附实验表明其比表面积高达299.97 m²·g^-1.     

钒钼协同作用下杂多酸催化阻聚甲基丙烯酸甲酯

利用一锅法制备了Dawson型钨磷酸和钼钒磷酸,并用红外光谱和X-射线衍射表征了其结构.采用沸腾法研究了合成的杂多酸对甲基丙烯酸甲酯(MMA)的催化阻聚性能,考察了杂多酸结构、杂多酸用量和反应温度等因素对MMA本体聚合反应的影响.结果表明:钒钼元素在杂多酸催化阻聚MMA的反应中具有明显的协同作用,而且,杂多酸对MMA的催化阻聚作用随钒原子数的增加而增强,杂多酸的用量和反应温度对MMA自聚反应的速率影响较大.在过氧化苯甲酰(BPO)为0.04 g,MMA为10 mL,H9P2Mo15V3O62质量为MMA的0.06%,反应温度为101.2℃或H9P2Mo15V3O62质量为MMA的0.03%,反应温度为89.4℃时,MMA自聚反应被抑制.与传统和常用酚阻聚剂相比,Dawson型钼钒磷酸具有阻聚效果好、后处理简单、无腐蚀和污染问题等优点,能够作为MMA的阻聚剂使用.     

聚乙烯基吡咯烷酮-多壁碳纳米管复合修饰玻碳电极用于差分脉冲伏安法测定抗坏血酸

采用超声辐射法制备了聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）-多壁碳纳米管（MWCNT’s）复合材料（PVP-MWCNT’s）,将该复合材料分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中并滴涂在玻碳电极表面,制备了聚乙烯基吡咯烷酮-多壁碳纳米管复合修饰玻碳电极（PVP-MWCNT’s/GCE）。研究发现:抗坏血酸在修饰电极上出现一对可逆的氧化还原峰,提出了用差分脉冲伏安法测定抗坏血酸的方法。还原峰电流与抗坏血酸的浓度在1.0×10^-7～1.0×10^-3 mol·L^-1范围内呈线性关系。