以阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束为模板合成有序介孔二氧化硅

基于静电作用, 阴离子表面活性剂可与阳离子聚铵组装形成复合胶束. 借助阳离子聚铵,复合胶束可以作为模板与硅源协同组装, 形成高度有序的介孔二氧化硅. 本文通过调变不同种类阴离子表面活性剂、合成体系pH值、合成温度及阳离子聚铵和硅源用量等因素, 合成了具有不同介观结构和形貌的介孔二氧化硅. 实验证实阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束模板法是合成介孔二氧化硅的一种通用方法.     

软模板合成有序介孔碳材料

有序介孔碳材料由于其较大的表面积、均一的孔径、良好的热稳定性和化学稳定性,广泛应用于吸附、分离、催化以及能量储存等众多领域。与传统的以硅基介孔材料为硬模板的反向复制方法相比,通过嵌段共聚物和聚合物前驱体之间的有机-有机自组装的软模板法简便易行,已成为合成有序介孔碳材料有效方法。本论文综述了介孔碳材料的软模板合成机制、合成方法、功能化及其应用,对合成技术、结构控制、孔径调控以及形貌控制等方面进行了讨论,并探讨了其在吸附、催化、电极材料等领域的应用。     

机器学习加速氧化还原电位和酸度常数计算

氧化还原电位和酸度常数作为重要的物理化学性质被应用于分析能源材料重要指标值。为了实现能源材料的计算设计,发展计算电化学的方法,在复杂电化学环境下计算这些性质至关重要。近年来,利用计算电化学方法计算氧化还原电位和酸度常数已经受到了广泛的关注。然而,常用的计算方法如基于隐式溶剂化模型的小分子自由能计算,对于复杂溶剂化环境的处理非常有限。因此,基于第一性原理分子动力学（AIMD）的自由能计算被引入来描述复杂溶剂化环境中的溶质-溶剂相互作用。同时,基于AIMD的自由能计算方法已经被证实可以准确预测这些物理化学性质。然而,由于AIMD计算效率低且计算资源需求大,需要引入机器学习分子动力学（MLMD）加速计算。MLMD通过机器学习方法,构建模拟体系结构到第一性原理计算结果的一对一映射,可以在低成本下实现长时间尺度的AIMD。对于氧化还原电位和酸度常数计算,如何构建训练机器学习势函数模型所需的数据集至关重要。本文介绍了如何通过自动化工作流实现自由能计算势函数的自动化构建,通过机器学习分子动力学计算自由能并转化为对应的物理化学性质。     

在TiO2纳米阵列上电沉积RuO2用于CO2电还原

传统上,RuO₂/TiO₂复合电极制备是通过在TiO₂/Ti基体上多次涂覆含Ru前驱体溶液和随后热分解（TD）来实现的. 为克服上述方法中Ru用量大和利用率低之不足, 本工作主要基于循环伏安法（CV）在TiO₂纳米管阵列（TNA）上电沉积RuO₂制备RuO₂^CV/TNA复合电极. SEM、GIXRD和CV结果表明, 电沉积的RuO₂为无定型结构, 所制备电极中的Ru用量约为传统的RuO₂^TD/TNA电极中Ru用量的1/30. 尽管两电极催化CO₂还原产物的法拉第效率接近, 但是RuO₂^CV/TNA电极比RuO₂^TD/TNA电极展示了更高的还原电流, 较正的初始还原电位和更好的稳定性. 与磷酸盐缓冲溶液中电还原CO₂相比,RuO₂^CV/TNA电极在0.1 mol•L^-1 KHCO₃中电还原CO₂除生成更高法拉第效率的甲酸根和甲烷外,还检测到CO的生成.     

准固态锂离子电池正极材料柱[5]醌的研究

锂离子电池的有机正极材料由于具有比容量高、环境友好和廉价等优点,近年来成为研究的热点.但是,有机电极材料在液态电解液中的溶解流失易导致其容量迅速衰减,严重限制了它们的实际应用.本工作基于聚(甲基丙烯酸酯)/聚乙二醇的准固态电解质,考察了以柱[5]醌为正极的准固态锂二次电池的电化学性能.结果显示,柱[5]醌正极不仅保持了高容量的特性(首次放电容量410 mA h/g),并且循环寿命得到了有效提高.0.2 C下循环100周后,电极的容量保持率为88.5%,显示了柱[5]醌在高比能量准固态锂离子电池中的应用潜力.     

羟基硅酸镁纳米管负载非晶态Co-B催化环己烯氢甲酰化

采用浸渍化学还原法制备羟基硅酸镁纳米管(MgSNTs)负载非晶态钴硼催化剂(Co-B/MgSNTs)。应用X衍射技术(XRD),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱仪(XPS),元素分析(ICP)和比表面积(BET)分析等手段对催化剂进行了表征。研究了催化剂对于环己烯氢甲酰化反应的催化活性及循环使用。研究结果表明,具有高比表面积(250 m2·g-1)、较强耐受性和稳定性的MgSNTs可以有效的分散金属粒子,防止活性中心团聚和流失,催化环己烯的转化率为75.8%,醛的选择性为65.8%,实验重复3次以上,催化剂依然保持良好的催化活性和选择性。     

纳米氧化锰负载钛基电催化膜制备及处理含酚废水性能研究北大核心CSCD

以多孔钛膜为基膜,醋酸锰为锰源,采用溶胶-凝胶法制备出负载纳米氧化锰的钛基电催化膜(nano-MnO_x/Ti膜).运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)和计时电流法(CA)等测试手段,对MnO_x/Ti膜电极的微观形貌、晶型、电化学性能等进行表征.结果表明,所得催化剂是由直径为50 nm的γ-Mn O2和Mn2O3纳米棒所组成,且均匀分布于Ti膜上,负载催化剂后钛膜电极电化学性能和催化性能明显提高,催化剂与基体之间键合的形成提高其稳定性.以棒状nano-MnO_x/Ti膜电极为阳极构建电催化膜反应器(ECMR)处理含酚废水,当苯酚溶液浓度为10 mmol·L-1、电流密度为0.25 m A·cm-2、停留时间为15 min时,COD去除率可达95.1%.     

烟草模板制备掺杂过渡金属铈锆固溶体及其催化氧化CO性能研究

以烟梗丝、烟叶片和烟梗条等材料为模板掺杂过渡金属合成了一系列铈锆固溶体材料.对合成的材料进行了扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附、程序升温还原(H2-TPR)、X-射线衍射法(XRD)、储氧量(OSC)、X-射线光电子能谱(XPS)等表征.对铈锆固溶体材料进行CO氧化活性评价,结果表明不同烟草模板制备的铈锆固溶体性能不同.以烟叶片为模板制备的掺铜铈锆固溶体具有极高的储氧量,高达2961μmol/g,但该材料催化氧化CO的活性并非最强.以烟梗丝为模板制备的掺铜铈锆固溶体在铈锆比为45∶45∶10时,对CO氧化有着很好的催化活性,起燃活性温度(T50)为91℃.     

能源材料的第一性原理模拟

能源问题是目前我国面临重要问题之一,这一问题的解决是我国实现可持续发展战略的重要环节.能源化学的发展对于能源问题的解决具有重要意义.理论计算与实验观测的结合可以促进能源化学更快更好地发展.目前,理论计算已经广泛应用于能源化学中的各个领域,包括碳基能源化学、电能转化与存储以及太阳能能源化学等.本文综述了理论计算在能源化学这些重要领域应用的研究现状及发展趋势,并提出了在进一步发展和应用中所面临的关键科学与技术问题.最后,文章对理论计算在能源化学中应用的未来发展方向进行了展望,建议了几个可能的重点基础研究方向,以期达到理论计算应用于在能源化学这一领域的终极目标——理论设计高效廉价的新型能源材料.     

离聚物在质子交换膜燃料电池膜电极中的应用进展

离聚物是质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极(MEA)中的重要组成部分之一.它不仅作为将质子和水从阳极转移到阴极的离子交换膜,更重要的是还在催化剂层中起黏合剂、气体输送和质子传递的作用.本文分析了膜电极催化剂层中离聚物的特点和所起的关键作用,重点强调了离聚物在催化剂墨水和催化剂层中的微观结构及其与催化剂层中其他组成的相互影响.该综述对于低成本的新型无氟离聚物的设计和功能化具有重要意义,以期最终能取代价格昂贵的全氟磺酸(PFSA)离聚物.