钙钛矿型氧化物负载纳米金属催化剂结构的动态调变及其催化氧化CO反应性能

研究了钛酸钡和钛酸钙担载的Ag和Pt纳米催化剂的表面结构随氧化-还原处理过程的动态变化及其对CO完全氧化反应性能的影响.发现氧化物担载的Ag催化剂在氧化处理后其催化活性较还原处理的高; X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,氧化处理能够提高载体表面Ag颗粒的分散度,而还原处理导致Ag颗粒的聚集,从而降低了催化氧化CO反应的活性.氧化-还原处理改变了担载Ag纳米粒子的尺寸并影响其CO氧化反应活性.与此相反,氧化物担载的Pt催化剂在还原处理后所表现出的CO氧化反应活性较氧化处理的高; 对比研究发现,氧化和还原处理后Pt纳米粒子的尺寸基本相同,但是氧化处理的样品中Pt表面物种以氧化态为主,而还原处理后Pt表面物种主要为金属态.Pt纳米粒子表面化学状态随氧化-还原处理的调变是导致表面催化活性差异的主要原因.     

基于自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜制备及其物理化学性质

以氯甲基杂环聚醚酮(CMPPEK)为原料,加入三乙胺进行铵化,并分别加入二乙烯三胺(DETA)和二乙胺(DEA),生成的仲胺基(或叔胺基)与邻近分子链氯甲基团进行自交联.经过制膜和离子交换反应,制备了DETA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DETA-QPPEK-OH)和DEA自交联杂萘联苯聚芳醚阴离子交换膜(DEA-QPPEK-OH).采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱对制备自交联膜的化学结构进行表征.研究了DETA-QPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的理化性质,结果表明前者具有较低吸水率和更低溶胀度.通过研究DETAQPPEK-OH和DEA-QPPEK-OH膜的离子传导率随温度的变化规律,结果表明在80°C时其离子传导率分别达到0.060和0.028 S cm-1,表明本文制备的自交联膜具有较高离子传导率.此外还通过热重分析(TGA)对两类自交联膜的热稳定性进行了研究.     

磺酸功能化金属-有机骨架吸附脱氮性能

以硝基甲烷为溶剂,采用三氟甲磺酸酐(Tf2O)和浓硫酸对金属有机骨架材料MIL-101(Cr){Cr3F(H2O)2O[(O2C)-C6H4-(CO2)]3nH2O(n~25)}进行磺酸功能化修饰,使其孔壁配体上形成磺酸基团.通过改变MIL-101(Cr)、Tf2O和浓硫酸的摩尔配比,得到含有不同磺酸基团数量的S-MIL-101(Cr),对磺化后的材料进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)、氮气物理吸附、酸碱电位滴定以及热重分析(TGA)表征.结果表明,磺酸功能化后MIL-101(Cr)的孔道结构仍然保持,比表面积和孔径有所下降,表面磺酸基团的数量根据磺化程度的不同从0.21到0.42 mmol g-1不等.将磺酸功能化后的MIL-101(Cr)用于液体燃料的吸附脱氮,发现磺酸功能化能够增强MIL-101(Cr)与含氮化合物的相互作用,有利于其对碱性氮化物的吸附脱除.相对于未经磺化的样品,按照摩尔配比n(MIL-101(Cr)):n(H2SO4):n(Tf2O)=1:3:4.5反应得到的磺酸功能化MIL-101(Cr)对喹啉和吲哚的吸附量提高较大,其对喹啉和吲哚的Langmuir最大吸附量分别提高了12.2%和6.3%.通过乙醇洗涤,吸附剂可再生,经过三次再生之后的吸附剂对模拟燃料中含氮化合物的吸附量没有明显的降低.     

氢键准则在DMSO水溶液中应用的评价

利用分子动力学模拟方法, 分别采用几何准则和能量准则分析了不同浓度下的二甲基亚砜(DMSO)水溶液的氢键统计和动力学等特性. 结果显示, 两种氢键准则可以很好地反映出溶液的氢键性质随浓度的变化趋势. 通过分析比较发现, 由于几何准则不能有效地排除具有弱对势能的分子对, 因此其统计的氢键数量要大于能量准则的结果.此外, 能量准则对于分子间相对取向的区分存在不足, 进而引起氢键寿命的计算结果偏大.因此,为使氢键分析更加准确, 本文建议使用几何-能量混合型氢键准则.     

Structure and Performance Modulation of Self-Adhesive SIS/C5 Electrospun Membranes for Transdermal Drug Delivery北大核心CSCD

Electrospun membranes are widely utilized to enhance the water vapor permeability and drug delivery performance of transdermal drug delivery patches. Due to the lack of adhesion property,however,most of them cannot closely contact with skin,which impedes the delivery of drugs to the skin,thus affecting the transdermal administration. C5 resin is used to endow poly（styrene isoprene styrene）（SIS）electrospun membranes with pressure-sensitive adhesion property. Investigation is performed on how to control the structure,adhesion properties and drug delivery performance of SIS/C5 electrospun membranes loaded with synthetic capsaicin via compositions,drugs and electrospinning conditions. The results demonstrate that the electrospun membrane with a SIS/C5 ratio of 2∶1 has excellent water vapor permeability（7. 17×10－3 g/（h·cm2）and adhesion properties（180（°）peel strength is 0. 2 kN/m,tack force is 0. 64 N/cm2 ,holding power is greater than 7 days）. The synthetic capsaicin has good compatibility with the SIS/C5 electrospun membranes,in which no drug crystallizes and the drug loading is beneficial to improve the water vapor permeability. As the drug loading is 8%,the tack force is 0. 6～0. 8 N/cm2 ,the 180（°）peel strength is 0. 2～0. 3 kN/m,the holding power is greater than 7 days,and no residue is left during peeling tests. In vitro drug release indicates that the drug has a behavior of sustained release with a 24-hour cumulative release rate of greater than 50% for all SIS/ C5 electrospun membranes,meeting the requirements of transdermal drug delivery patches. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

Salt spray corrosion behavior and pitting resistance of Ti-15 V-3Cr-3Al-3Sn alloy evaluated using XPS,SKPFM, and electrochemical technique

Journal of Solid State Electrochemistry - As a promising material for many industrial applications, Ti-15 V-3Cr-3Al-3Sn (commonly referred to as Ti-15–3) titanium alloy always...     

SiOx encapsulated FeSi2–Si eutectic nanoparticles as durable anode of lithium-ion batteries

Low-cost and high-efficiency production of silicon-based material is the key to improve the energy density of lithium-ion batteries. Herein, we propose a novel structure of FeSi₂–Si eutectic nanoparticles protected by the SiO_x shell. FeSi₂, as a buffer phase can improve the electrochemical stability of the electrode. A SiO_x shell is formed on the surface of the nanoparticles through the passivation process. SiO_x encapsulated FeSi₂–Si eutectic nanoparticles exhibit excellent capacity of 674.9 mAh/g after 500 charge/discharge cycles. The capacity retention rate is above 90% after the stabilization process. This work provides a new nanomaterial design for high performance silicon-based anode materials of lithium-ion batteries.     

修饰吡啶衍生物的染料敏化光阳极水氧化性能的研究

染料敏化光电化学电池(DSPECs)是构建人工光合作用体系的潜在方式,其优势在于可通过优化染料结构来拓展可见光吸收范围,从根本上提高太阳能利用效率.染料敏化光阳极在受激发产生电荷分离之后,激发电子注入TiO₂半导体导带,由于其导带位置比传统的可见光半导体,如BiVO4和Fe3O4等相比较负,因此理论上可以在较小的偏压下取得较大的光电转换效率,也更有利于和光阴极相耦合实现无偏压分解水.电荷传输动力学研究表明,注入到TiO₂导带的电子向氧化态光敏剂和催化剂的回传是造成体系能量损失的主要原因,集中体现在光电流密度和效率的降低.目前,已经报道了多种手段来减少DSPECs光阳极表面的电子回传,包括使用带有长烷基链的锚定基团对水氧化催化剂进行修饰,在半导体表面引入电子中介体以及使用核-壳结构的基底等.其中,SnO2/TiO₂基底被广泛应用在染料敏化光阳极中,这种基底可以提高光生电子的注入效率,同时两种金属氧化物之间的异质结有效抑制了电子回传,从而提高了DSPECs的光电活性.然而,核-壳结构基底需要使用原子层沉积技术来制备,所以操作相对复杂.本文基于Ru-bda(bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸)结构的分子水氧化催化剂和带有磷酸修饰基团的三联吡啶钌通过共吸附的方式制备染料敏化光阳极,在不使用核-壳结构基底的情况下,利用吡啶衍生物对TiO₂电极表面的修饰来减少电子回传.本文利用一系列吡啶衍生物作修饰负载在TiO₂光阳极上(TiO₂|RuP,1;RuP=Ru(4,4'-(PO3H2)2-2,2'-联吡啶)(2,2'-联吡啶)2;1=Ru(bda)(L)2,bda=2,2'-联吡啶-6,6'-二羧酸,L=(10-吡啶-4-基氧基)癸基)膦酸.在100 mW/cm2的白光照射下(λ>400 nm),TiO₂|RuP,1,P1(P1=4-羟基吡啶)光阳极在0.4 V(vs.NHE)的外加偏压下获得了1 mA/cm2的光电流密度,其光电流比未修饰吡啶的光阳极增加了42%.同时,其入射光子-电流转化效率在470 nm波长的单色光光照下达到最大,为13.6%.经过吡啶衍生物所修饰的光阳极光电性能和文献中利用核-壳结构基底所制备的类似光阳极性能相当,且光电流密度随吡啶对位取代基供电性能的增强而增大.瞬态吸收光谱和电化学阻抗谱测试表明,吡啶吸附在光阳极上能有效地抑制界面上的电子回传,延长电荷分离寿命,是光电流增加的根本原因,这也表明有机小分子修饰是提高染料敏化光阳极性能的简单、有效的策略.     

提高氧化铁光电催化分解水效率的策略进展

为了解决能源危机与环境污染问题,发展一种可再生的清洁能源至关重要.太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,而氢气是一种良好的能源载体.利用太阳能光电催化水分解制氢,是一项有望能够解决能源与环境问题的技术,具有很大的应用前景.其中,氧化铁因为具有合适的能带位置与带隙、良好的稳定性与廉价无毒等优点,成为一种理想的光阳极材料.但是,在实际的测试中,氧化铁仅仅只能得到一个较低的光电转换效率,这可能是因为其较短的空穴扩散距离、较低的电导率以及极度缓慢的水氧化反应动力学所致.整个光电催化水氧化可分为三个过程,即光吸收过程、电荷分离过程以及表面空穴注入过程.这三个过程的效率共同决定了器件的太阳能转化效率.鉴于此,本文将从如何提高这三个效率的角度出发,总结近期研究报道中提高氧化铁光电催化分解水效率的一些策略.光吸收过程是指半导体中价带的电子在吸收具有一定能量的光子后发生跃迁,产生空穴-电子对的过程.其光子的损失主要来源于光的反射、透射以及半导体吸收边的限制.提高光吸收效率的主要策略包括制备具有特定纳米结构的氧化铁电极、利用表面等离子体共振效应以及组成双光吸收系统和掺杂等.电荷分离过程指的是受光激发产生的空穴电子对,在内建电场的作用下发生电荷分离,即光生空穴流向电极表面,光生电子流向半导体内部并从外电路导出.电荷分离效率的损失主要来源于光生载流子在迁移过程中的复合.因此,为了提高电荷分离效率,常见的策略是提高载流子在电荷分离过程中的复合时间τ₁和减少电荷迁移到表面(空穴)或者基底(电子)的时间τ₂.具体的策略包括制备特定的纳米结构(缩短体表相距离,减少τ₂)、构建异质结(增强能带弯曲,提高τ₁和减少τ₂)、掺杂(减少τ₂)和钝化复合中心(提高τ₁)等.表面空穴注入是指到达表面的光生空穴发生水氧化反应生成氧气的过程.除了空穴注入外,表面还可能存在复合与逆反应过程.因此,为了提高表面空穴注入效率,我们既可以提高水氧化反应动力学,具体的手段包括引入水氧化催化剂、F掺杂和碱处理等;也可以采用减少复合反应的策略,具体的方法包括引入钝化层、酸处理和高温热处理等;还可以采用减少逆反应的方法,最常见的手段就是在基底与氧化铁层之间引入电子阻挡层.上述三种途径都能提高表面空穴注入效率.最后,通过结合上述的一些策略,目前得到的最高性能的氧化铁电极在1.23 V(相对于可逆氢电极)能够达到6 mA cm^?2的光电催化分解水电流,但这个值依然明显低于氧化铁的理论值(12.6 mA cm^?2).这可能是由于体相复合所致.除此之外,氧化铁表面的水氧化机理现在依然不清晰,这些都是需要我们在未来解决的问题.     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.