基于碳纤维材料基底的电解水制氢催化剂的研究进展

电解水制氢技术是未来获得清洁氢能源的有效途径之一。铂作为高效的电解水制氢催化剂,由于其价格昂贵,难以回收,不利于氢能源与氢经济的发展,因此发展高效的非贵金属电催化剂,使电解水制氢过程更加高效、经济化是十分关键的科学问题。本文综述了近年来电解水制氢催化剂的研究进展,重点集中在以碳纤维材料为基底的非贵金属催化剂领域。总结了几类重要的多相异质非贵金属催化剂,包括磷化物、硫化物、硒化物、碳化物、氧化物催化剂等,重点探讨了各种析氢催化剂的合成方法和性能提高策略。同时,本文也简要概述了碳纤维基底材料在电分析化学检测方面的应用研究。     

DNA片段分选微流控芯片发展现状

新一代测序速度越来越快,费用不断降低,但整个流程中还有不少瓶颈.最耗时且影响测序准确度和重复性的环节之一,就是在文库制备过程中,对打断的大量基因组DNA片段进行基于传统凝胶电泳的手工操作筛选.近几年市场上出现了几种目标片段自动分选仪器,并迅速被多家国际知名测序中心引入测试,从而引起了广泛关注.本文评述了DNA片段分选发展经历,包括凝胶电泳、毛细管电泳、特别是微流控芯片在分选精度和通量上的不断提升,并简要论述了DNA分选目前尚存在的问题.     

在离子液体[BMIm][BF4]中电沉积光亮金镀层

在离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIm][BF₄]）中以HAuCl₄·3H₂O为主盐、通过添加5,5-二甲基乙内酰脲（DMH）和胞嘧啶可得到色泽光亮、厚度达1.5 μm的金镀层,沉积过程中阴极电流效率可达到100%。SEM和XRD测试结果表明,DMH和胞嘧啶具有细化晶粒、平整镀层的作用。电化学测试结果表明,DMH可分别与Au³⁺、Au⁺形成配合物Au（DMH）₄^-、Au（DMH）₂^-,抑制了还原过程的表面转化步骤,从而增加了阴极极化,起到光亮镀层、细化晶粒的作用;胞嘧啶可在金核表面吸附,从而可以进一步光亮镀层、细化晶粒,与DMH有协同作用。循环伏安测试研究了镀液的电化学行为,研究表明在此体系中Au³⁺的还原为两步还原过程,分别为Au³⁺→ Au⁺和Au⁺→ Au。此外DMH和胞嘧啶的添加不会带来副反应。     

以三乙烯二胺为配体的过渡金属配位化合物合成、晶体结构及荧光性质研究

采用混合溶剂热法合成出一系列以三乙烯二胺（简写dabco）为配体的新型过渡金属配位化合物[CdCl₃H（dabco）₂]（1）、[CoCl₃Hdabco]（2）、[NiCl₂（H₂O）₃Hdabco]Cl（3）和[CuCl₃H（dabco）₂]Cl·H₂O（4）。对该系列化合物进行了元素分析、红外光谱以及热重分析表征,并通过X射线单晶衍射分析确定出晶体结构。结构解析表明：化合物1具有一维直链状分子结构;化合物2具有一维左螺旋状分子结构,化合物3具有一维右螺旋链状分子结构;化合物4具有二维平面网格状分子结构。对该系列化合物的荧光光谱研究结果表明,化合物1~4均具有较好的荧光性质。     

铁、铈共掺杂纳米TiO2溶胶的制备及抗菌性能

采用微波辅助胶溶工艺,在常压条件下,制备了可用于室内杀菌的铁、铈共掺杂纳米TiO₂水溶胶,通过X-射线衍射(XRD)、等离子体发射光谱(ICP)、动态光散射(DLS)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对产物结构进行了表征,并选用白色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌为受试菌种,分别在无光照、自然光照条件下,采用菌落计数法对水溶胶抗菌性能进行了检测。结果表明,用微波辅助胶溶工艺制备的Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂为锐钛矿型,其平均粒径为10 nm。Fe/Ce的掺杂改性能有效提高纳米TiO₂水溶胶的抗菌性能,尤其是在自然光照条件下,Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂溶胶在6 h内对各测试菌种的杀菌率均为95%以上,表明Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂水溶胶具有很高的广谱杀菌性。采用透射电镜(TEM)对杀菌过程中的大肠杆菌菌体形态进行观测,探讨了Fe/Ce共掺杂纳米TiO₂水溶胶的抗菌机理。     

用于燃料电池的磺化聚芳醚砜质子交换膜材料的直接合成与性能研究

将磺化二氯二苯砜(SDCDPS)、二氯二苯砜(DCDPS)与4,4′-联苯酚(BP)通过亲核缩聚反应得到一系列具有不同磺化度的磺化聚芳醚砜(SPAES)共聚物.通过FT-IR,TGA和DSC等分析方法对其结构及性能进行表征.并用透射电镜对其内部形态进行分析,建立了结构与性能之间的关系.研究了不同磺化度对膜性能的影响.结果表明,聚合物中磺酸基团的增多导致了磺化聚芳醚砜膜的吸水率、离子交换容量、质子传导率和甲醇渗透系数的增加.通过对膜的综合性能评价发现,磺化度为0.8的磺化聚芳醚砜膜在80℃时的质子传导率为0.116S/cm,100℃时的质子传导率为0.126S/cm,均高于Nafion117膜(0.114S/cm和0.117S/cm),且甲醇渗透系数为8.4×10-7cm2/s,远远低于Nafion117膜(2.1×10-6cm2/s).     

《电镀与表面精饰》专辑序言

电镀与表面精饰属于工业电化学范畴,它是一门古老的科学,有着悠久的历史,在国民经济的众多领域发挥了重要的作用. 然而,由于受到资源、环境等问题的困扰,近年来其发展受到了严格的限制. 但是,机械制造、电力电子、仪器仪表、航空航天等诸多重要行业都离不开电镀与表面精饰. 在此背景下,就迫切要求广大电镀工作者奋发图强,不懈努力,不断开发新技术、新工艺,以适应新需求,以缓解资源、环境等方面的压力. 　　电镀与表面精饰涉及的领域比较广泛,主要包括：电镀、化学镀、阳极氧化、磷化、钝化、电解加工等. 这些技术共同的发展方向是：（1）所获得的表面膜层性能更加优异,包括耐蚀性、耐磨性、导电性、可焊性、稳定性等多种性能;（2）所采用溶液的化学组成更加简单,其主要成分更加低毒、无毒,并且尽量用廉价的原材料替代稀贵材料;（3）工艺操作更加简单,维护管理更加方便;（4）尽量降低生产成本,减少电能、热能等的消耗;（5）环境更加友好,在生产过程中要尽量减少或抑制废水、废气或废渣的排放等. 　　近年来,电镀与表面精饰技术的相关研究得到了迅速发展. 除从绿色、环保等方面出发开展了三价铬电镀、无氰电镀、无铬钝化等新技术、新工艺的研究外,还开展了熔盐电沉积稀有金属及其合金、离子液体电沉积特殊功能材料等方面的研究;在研究方法方面,除采用传统的电化学测试技术和表面分析技术外,还将量化计算、分子动力学模拟方法等应用到电镀液组成优化和镀层性能预测中;电镀与表面精饰技术业已突破了传统的技术领域,其在功能材料、纳米材料制造中的应用也越来越广泛. 结合上述研究方向,本专辑刊出由国内本领域六位知名教授受邀撰写的介绍最新研究成果的相关论文. 其中包括：与电镀相关的“硫酸盐体系三价铬沉积机理及镀层表征”、“镀锡层上钛?鄄磷复合体系钝化膜的制备与表征”;与金属表面改性相关的“水热法制备铝合金超疏水表面及电化学性能研究”;与电沉积纳米材料相关的“玻碳材料脉冲电沉积纳米晶体镍的制备及其性能研究”、“激光刻蚀模板中电沉积特殊结构CIGS薄膜”;与离子液体电沉积相关的“镍离子对中磷镍基体氯化胆碱无氰浸金表面的改善”. 　　最后,对本专辑的所有作者、审稿人及编辑部工作人员的辛勤工作和付出表示由衷的感谢！     

聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵在高分子膜燃料电池中的应用：从纳米颗粒到载体材料

高分子膜燃料电池是一类很有发展前景的可提供可再生能源的装置,这主要得益于它的零排放、无毒性和较低的操作温度。在高分子膜燃料电池的部件中,电催化剂对于提高输出能量密度和/或工作寿命起到至关重要的作用。在过去的几十年中,科学家提出了很多办法和策略以解决电催化剂的活性和稳定性问题。尽管基于聚电解质的层层自组装制备膜电极的方法已经研究多年,但聚电解质在催化剂制备方面的作用仍需更多的关注。最近几年,已有很多人将聚电解质应用于催化剂设计制备,其中聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)的研究较为系统,因此,本文重点关注 PDDA,目的是总结出一些有用的信息,以便为该领域未来的研究发展提供一些参考。
　　本文收集了一些聚电解质在电催化剂纳米颗粒和载体材料两方面应用的文献,不仅讨论了聚电解质在催化剂颗粒粒径、形貌和组成方面的影响,还总结了其在修饰载体材料方面的应用。最后,本文还展望了聚电解质在催化剂设计制备领域的发展。通常,聚电解质有三个主要的特征：(1)在水溶液中容易解离为带相反电荷的长链结构和离子;(2)长链结构中带有独特的官能团结构;(3)当溶液浓度变化时其结构会发生转变。因此,聚电解质可以在电催化剂层面作为纳米反应器来控制金属纳米颗粒的生长,可功能化或掺杂纳米颗粒以及载体材料,可以保护纳米颗粒或载体不衰减,同时还可使其他物质带电,利用自组装方法制备有序的催化剂。然而,相关研究大都集中于 PDDA,因此,其他聚电解质还需要进一步的系统研究,以便了解聚电解质特征、制备的催化剂以及催化性能之间的关系。
　　 PDDA在该领域的研究还需在如下几个方面继续进行。(1)聚电解质通常不是电子的良导体,其在催化剂表面的吸附会造成活性位的损失。尽管已经提出一些相对有效的方法,例如热处理、化学洗涤或光降解等,但仍需继续进行系统的研究和提出有效的方法。(2)先进的研究手段,如原位观测和模拟等还需进一步发展,尤其是研究聚电解质在催化剂形成过程中的功能和影响,这有利于构效关系的研究。(3)目前该领域制备的催化剂大都使用半电池或三电极体系来评价,但与实际的燃料电池装置有本质不同。由于复杂的工作条件,例如水热管理、不同组件的界面耦合等,聚电解质制备催化剂在膜电极中有可能不能表现出优良的性能。因此,上述催化剂的研究还应考虑燃料电池的实际运行情况。