燃料电池膜电极衰减机制及其抗老化策略北大核心CSCD

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量效率和高能量密度、低温快速启动、结构紧凑、无污染、低噪声等优点,在氢能汽车、固定式电站、水下潜艇和通讯电源等方面具有广泛的应用前景.目前影响燃料电池商用化的主要问题是成本和寿命,特别是在工况下急剧的启停、干湿、温度等变化,以及随之带来的机械及电化学老化,严重影响了燃料电池核心部件膜电极的耐久性和稳定性,导致燃料电池寿命大幅度下降.动态负载下燃料电池的寿命较短,距离燃料电池汽车商业化目标寿命仍有较大距离.因此,开发快速有效的膜电极加速老化测试程序,研究膜电极的耐久性,揭示燃料电池失效机理,寻找解决措施,对提高燃料电池使用寿命,推动燃料电池技术商业化,实现国民经济可持续发展具有重大意义.本文通过对比研究膜电极老化测试,从催化材料、质子交换膜以及启停控制策略应用等方面,分析电极、质子交换膜等关键材料的衰减物化机理,从材料科学领域深入探讨提升关键材料耐久性的方法及机理.为燃料电池的各部件制备与设计完善评价体系,推进燃料电池商用化发展.     

g-C3N4/Bi2O2CO32D纳米片复合材料的制备及可见光催化性能研究

采用自组装和化学沉淀法分别制得两种可见光驱动复合材料石墨相氮化碳/碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3).采用X射线衍射光谱(XRD),紫外可见光谱、扫描电镜(SEM)、N_2吸附、电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,制备方法对纳米复合材料的晶相、形态及光学性能没有影响,但是影响g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3之间的相互作用力,导致光生电子-空穴对的分离速率存在显著差异.以可见光驱动苯酚和罗丹明B的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能.实验结果表明自组装法得到的异质结催化剂中相互作用力更强,催化效果最高.O_2-是罗丹明B降解反应的主要活性物种,染料的光敏化、Bi_2O_2CO_3与g-C_3N_4综合效应,导致光生载流子电荷分离效率更高.     

数字微流控技术及其在生物分析中的应用

数字微流控技术是一种基于微电极阵列来实现离散液滴精确控制的新型液滴操纵技术。这种基于介电润湿现象实现的液滴电操纵体系,相比于传统微流控芯片具有自动化、可寻址、可动态配置、易集成等特点。该文介绍了数字微流控技术液滴驱动原理,总结了芯片的结构和常用的制作方法,举例阐述了现阶段该技术在生物分析化学领域的应用,并对其应用前景做了展望。     

二醋酸碘苯在含氮杂环化合物中的合成应用:1,2-苯基-1H-苯并眯唑类衍生物的合成

通过使用二醋酸碘苯(IBD)氧化N,N'-二芳基苄基脒,合成了一系列取代苯并咪唑.该反应条件温和,操作简便.产物结构通过1H NMR,13C NMR,MS,IR进行了确定.根据实验结果对该反应提出了可能的反应机理.     

1-苯基-5-芳基-1,2-二氢-1,2,4-三唑-3-硫酮的合成

将取代苯甲酰氯1a～1f与硫氰酸钾反应, 得到的中间体不需纯化直接与苯肼反应, 成功地合成了1-苯基-5-芳 基-1,2-二氢-1,2,4-三唑-3-硫酮(2a～2f). 化合物2的结构通过红外光谱、核磁共振光谱和高分辨质谱进行了表征.     

柠檬酸-1,4-丁二醇-环烷酸-十八醇爪形大分子的合成、表征与降滤性质研究

以1,4-丁二醇、柠檬酸为原料,设计并首次合成了以1,4-丁二醇为核心的多羟基多酸爪状物小分子(CTC),再依次与带有功能化基团的环烷酸、十八醇接枝,合成了新型的多元酯类爪形大分子(CTC-NO).用核磁、红外光谱对合成的2种化合物进行了结构表征,表明合成产物与所设计的分子结构吻合.用元素分析确定了CTC的组成是C16H22O14.制备的CTC-NO爪形大分子不溶于水,溶于有机溶剂.将CTC-NO按600μg/g的加剂量添加于轻柴油中,其对蜡化0#柴油的冷滤点降低达6℃.     

铸型尼龙/纳米ZnO复合材料的制备与表征

采用原位聚合反应制备MC尼龙6/纳米ZnO复合材料并对其性能、形貌和结晶形态进行了分析.分析结果表明:MC尼龙6/纳米ZnO复合材料中ZnO达到了纳米级分散,并且粒子分布比较均匀,粒子的粒径在30~50 nm左右.纳米ZnO没有改变尼龙6的结晶形态.纳米ZnO的加入起到同时增强增韧的作用;使体积电阻系数降了8×104倍、表面电阻系数降了5.7×104倍、摩擦系数降低了29%,MC尼龙6/纳米ZnO复合材料摩擦磨损性能和抗静电性能明显优于MC尼龙6;经过力学拉伸试验的破坏,引起MC尼龙6结构发生宏观应力变化,造成(002 202晶面)产生明显的择优取向.     

直接进样-液相色谱-串联质谱法同时测定水中的5种苯胺类化合物

建立了直接进样测定生活饮用水及其水源水中5种苯胺类化合物(苯胺、3-硝基苯胺、4-硝基苯胺、2,6-二氯-4-硝基苯胺和六硝基二苯胺)的液相色谱-串联质谱法。水样经0.22μm 聚醚砜滤膜过滤后直接进样,目标化合物在 HSS T3色谱柱上经梯度洗脱,于4 min 完成分离,多反应监测模式检测。5种苯胺类化合物在各自线性范围内线性良好,相关系数 R≥0.995。方法的检出限为0.773~1.88μg/ L(S/ N =3),定量限为2.58~6.27μg/ L(S/ N=10);峰面积的日内和日间相对标准偏差(RSD)分别为0.8%~1.9%和3.3%~4.9%;样品加标回收率为84.1%~105.0%,加标样品的 RSD 为1.0%~3.1%。应用本方法对35份水样进行了分析。结果表明,本方法准确、灵敏、快速,适用于生活饮用水及其水源水的常规分析,可为苯胺类化合物的污染评价提供技术支持。     

仿生多孔 MgO-TiO2合成及其光催化 CO2还原性能

研究表明, MgO能够活化吸附在其表面的 CO2分子,促进 HCO3–的生成,而在 H原子存在的条件下, HCO3–为 CO2光催化还原为碳氢化合物和 CO的活性中间体. CO2为对称的直线型分子,在化学反应中表现出极高的稳定性,成为阻碍人工光合作用发展的重要因素.在设计新型光催化剂时,复合 MgO可能会有效提高催化剂的活性.绿色植物的叶片结构或茎中存在大量尺寸不一的多孔结构,以利于植物生命活动(包括光合作用和呼吸作用)过程中气体的有效扩散和水分、营养物质的运输. TiO2因其良好的化学稳定性、无毒且成本低廉,在人工光合成领域得到广泛的研究.因此,本文以空心菜杆为模板, TiO2为主体催化剂,应用溶胶-凝胶法,通过调节 MgO的含量合成了一系列仿生多孔结构的 MgO-TiO2复合物.
　　样品的 X射线衍射、X射线光电子能谱和高分辨透射镜表征结果证明,生物模板空心菜杆在550oC下煅烧5 h之后可被完全移除,且 MgNO3分解为 MgO,生成 TiO2-MgO复合物.从扫描电镜中可观察到,以空心菜杆为模板合成的 MgO-TiO2,模板的空心管状结构得以保持,在长度和宽度上有一定程度的皱缩.横截面和纵截面图说明样品很好地复制了空心菜杆的导管和筛管组成的多孔结构.同时N2吸附-脱附结果表明,样品中存在3–5 nm的介孔结构.同时我们发现,由于 MgO的加入,0.05% MgO-TiO2复合物的比表面积比 TiO2减少了18%,之后随着 MgO含量的增加, MgO-TiO2复合物的比表面积呈下降趋势.标准状况下,测试了样品对 CO2的吸附量.结果表明,随 MgO含量的升高,吸附量先增加后减小,且 MgO-TiO2复合物的吸附量为 TiO2的1.3–1.8倍.结合样品比表面积及原位红外光谱测试结果,说明样品的 CO2吸附量受 MgO的含量与样品的比表面积双重因素的影响. CO2吸附包括物理吸附和化学吸附,而且对于同种样品,吸附量与样品比表面积正相关.当 MgO-TiO2复合物的比表面积随着 MgO含量的增加而减小时, CO2吸附量却先增加后减小,表明 MgO的加入极大地促进了 CO2的化学吸附.以 MgO-TiO2复合物作为光催化剂将 CO2和 H2O还原为 CH4. CH4的总产量随着光照时间的增加而增加,10 h后的总产量随着 MgO含量的升高先增加后减少,与样品的 CO2吸附量的变化趋势相似但不完全相同.与 TiO2(6.5μmol/g)相比, MgO-TiO2复合物样品催化作用下的 CH4的最终产量均增大,活性最好的0.2% MgO-TiO2(18.7μmol/g)的产量达到了它的2.88倍,说明 MgO对 CO2具有活化作用,且活化后的 CO2更容易生成 CH4.综合结果表明, CO2在催化剂表面的吸附量、电子的表面迁移、反应活性位点等因素共同决定了催化剂的光催化活性.     

柠檬醛对黄曲霉质膜物理损伤机制的研究

通过反射干涉对比显微技术和快速图像分析技术,捕获细胞质膜外光晕变化和细胞周边边缘激发变化的信息,并采用闪烁本征模式分解测定柠檬醛作用于黄曲霉质膜前后各模式（m=0,1,2）所对应的平均平方振幅<δn2m>、剪切弹性μ和弹性弯曲模量Kc,与理论模式光谱相比,研究柠檬醛损伤质膜的物理机制.结果表明,m=1的平动模式主导了光晕波谱,其平均平方振幅呈双指数衰变,该模式几乎与剪切弹性无关,即μ=0;弹性弯曲模量Kc的最小和最大值分别为9.45×10-18J和5.43×10-17J,与柠檬醛的浓度成正相关性.揭示该醛对黄曲霉质膜的损伤,除改变膜的选择通透性和电导率外,同时使质膜平动模式的平均平方振幅呈双指数衰变,弹性弯曲模量Kc增加,从而降低膜伸缩的弹性.