高倍率锂离子电池负极材料:氮掺杂碳纳米笼

锂离子电池具有能量密度高和循环性好等优点, 广泛应用于小型移动设备等领域, 但尚不能满足需要兼具高容量和高倍率性能的应用要求. 以兼具高比表面积、氮含量高且可调、良好石墨化程度、多尺度分级结构(含孔结构)、有微孔通道的寡层笼壁结构等特征的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为锂离子电池负极材料, 展现出高的比容量、优异的倍率性能和稳定性, 譬如: 在0.1 A·g^-1小电流密度下, NCNC800的循环稳定的充电比容量可以高达约900 mAh·g^-1, 显著优于商业石墨; 在20.0 A·g^-1大电流密度下, 循环500圈后的可逆比容量仍能稳定在约135 mAh·g^-1. 如此优异的电化学性能可归因于NCNC的结构特征, 如高比表面积、良好石墨化程度、独特介观结构和孔结构, 这些特征有利于锂离子传输、电解液渗透和电子传导等. 这为开发高倍率和高比容量的锂离子电池负极材料提供思路.     

热解聚苯胺/碳纳米笼复合物制备氮掺杂碳材料及其氧还原性能研究

将含氮聚合物聚苯胺(PANI)均匀地担载到具有大比表面积、多级孔结构和高导电性的3D碳纳米笼(CNC)表面, 再热解PANI制得了N掺杂位富集于表面、且具有优良导电性的碳基纳米材料. 通过改变热解温度和前驱物中PANI的含量, 对热解产物的表面N含量和导电性进行了调控. 优化得到的NCNC-2-900催化剂具有优异的氧还原反应(ORR)催化性能, 其起始电位高(-46 mV vs Ag/AgCl), 明显优于体相N掺杂的CNC (-105 mV), 且稳定性好(运行10 h后仍保留96%活性). 该结果表明在保持良好导电性的同时增加表面N掺杂位是提高碳基材料ORR活性的有效途径.     

分级结构碳纳米笼高效催化苄胺氧化偶联制N-苄烯丁胺

苄胺氧化偶联制N-苄烯丁胺通常需使用贵金属催化剂, 开发廉价催化剂具有重要研究价值. 本工作以具有大比表面积和丰富表面缺陷的分级结构碳纳米笼(hCNCs)作为无金属催化剂, 在无溶剂、100 ℃和常压O₂条件下即可实现苄胺到N-苄烯丁胺的高效转化, 反应8 h的苄胺转化率和N-苄烯丁胺选择性均可达98%, 远优于碳纳米管、还原氧化石墨烯、活性炭等典型碳材料. hCNC700样品循环使用6次后催化性能基本无衰减, 且具有优秀的底物拓展性. hCNC700的优异催化性能源于其超高的比表面积可提供大量的缺陷活性位点, 而独特的分级孔结构十分有利于反应过程中的传质, 使丰富的表面活性位点(缺陷)得以充分利用.     

表面官能团化增强碳纳米笼超级电容器性能

以具有多级孔结构、高比表面积、良好导电性等特征的碳纳米笼(CNCs)为前体,采用硝酸氧化法在CNCs表面引入含氧官能团。以CNCs为超级电容器电极材料,在相同电流密度下,官能团化样品的比电容显著高于纯CNCs;在1 A·g-1下比电容最高可达到255 F·g-1,比纯CNCs的188 F·g-1增加了34%,这表明表面含氧官能团化能够显著提高CNCs的超级电容器比电容。在100 A·g-1的大电流密度下,硝酸氧化后CNCs的比电容保持在111~167 F·g-1,表明具有良好的耐大电流充放电性能。在10 A·g-1的电流密度下循环10 000圈后,CNC-6M样品的比电容由196 F·g-1下降到176 F·g-1,样品的比电容仍保留90%,具有良好的循环稳定性。表面含氧官能团化CNCs所表现出的这种优异的超级电容器性能归因于CNCs的多尺度分级孔结构、高比表面积、良好的导电性、表面亲水性含氧官能团化带来的浸润性提高和引入的赝电容。     

基于近似熵测度的铝合金P-MIG焊亚射流过渡自适应控制研究

铝合金熔化极惰性气体保护焊(MIG)的亚射流过渡方式具有弧长调节作用强、焊缝成形美观的优点.本文从非线性动力学近似熵测度的角度对铝合金脉冲MIG焊的电弧电压信号进行分析,进而评价自适应控制模式针对亚射流过渡方式的适用性;讨论在自适应控制模式下,改变工艺参数和熔滴过渡方式时,近似熵值的变化;并对比自适应控制与普通脉冲控制在射滴过渡方式下的近似熵值大小.结果表明近似熵越小,自适应控制越成功,控制越有效. 关键词： 自适应控制 亚射流过渡 熔化极惰性气体保护焊(MIG) 近似熵     

环境风影响下的空冷岛运行特性

揭示环境风作用下空冷岛冷却空气流量和热风回流率的变化规律对于空冷岛安全高效运行具有重要意义.以某6×1000 MW直接空冷电站为例,对环境风影响下的空冷岛冷却空气流动传热特性进行了CFD模拟,获得了不同风速、风向下冷却空气的流场和温度场,计算得到了空冷岛的迎面风速以及热风回流率.结果表明:环境风速越高,空冷岛迎面风速越小;回流率则先随环境风速增加而增加,后随风速增加而降低.当空冷岛位于锅炉房等建筑物下游时,迎面风速最小,热风回流率最高.     

氮掺杂碳纳米笼固载钌纳米粒子的费托合成性能

费托合成可以将来源广泛的合成气转化为低碳烯烃和燃油等高附加值化学品, 是后石油时代的重要化工过程, 而发展高性能的催化剂是该工程产业化的关键. 以具有高比表面积和高氮含量的氮掺杂碳纳米笼(NCNC)为载体, 采用等体积浸渍法制备了Ru的质量分数为20%的Ru/NCNC催化剂, 所得Ru纳米颗粒均匀分散, 相比于未掺杂碳纳米笼负载的Ru催化剂(Ru/CNC), Ru纳米粒子尺寸更小且分布更集中. Ru/NCNC催化剂展现出优异的费托合成催化性能, 在0.5 MPa和220 ℃的温和条件下, 具有高的催化活性、高的C₅₊选择性(55.7%)、低的CH₄选择性(13.5%)和高的催化稳定性(60 h, CO转化率保持在≈33%), 显著优于Ru/CNC. 这可归因于N掺杂提高了Ru活性中心的数量和电子态密度以及表面碱性, 增强了金属-载体相互作用, 进而提高Ru/NCNC的催化活性、长链产物(C₅₊)选择性、抗烧结能力和催化稳定性. 本研究提供了一条通过掺杂碳载体设计提升费托合成催化剂性能的有效策略.     

非保守力与自然对流

为研究自然对流流动和换热的实质,对重力场中自然对流的驱动力进行了进一步分析,提出了自然对流产生的充分必要条件。以二维封闭方腔内空气自然对流为对象,分别对三种不同的自然对流形式进行了数值模拟。结果表明:只要流体所受体积力为非保守力,即可产生自然对流。这为自然对流的控制提供了一定的理论依据。     

超细蒙脱石制备及其作为氟尿嘧啶药物控释载体的实验研究

采用超细技术制备出超细蒙脱石，使蒙脱石比表面积大幅提高，吸附能力显著增强；并且利用超细蒙脱石的无毒性、高比表面积、高吸附性等性质，将其作为抗癌药物氟尿嘧啶的控释载体，研究了超细蒙脱石对氟尿嘧啶的吸附及体外释放性能；体外释放实验表明，超细蒙脱石具有良好的控释性能；使超细蒙脱石有望成为一种新型药物控释载体。     

多孔介质内反应气的化学和热质非同性传递过程特性

针对集成板式固体氧化物燃料电池,建立了数学物理模型,分析阳极侧多孔支撑层内富氢气体的内重整反应传递过程特性.讨论了操作温度、入口处H2O:CH4比值以及多孔材料的孔隙率对甲烷蒸汽重整转换率和氢气的生成量的影响,得到了在电池的一定运行工况范围内比较有利的反应条件.