原位拉曼光谱与X射线吸收光谱研究能源转换电催化反应

近年来,水分解、氧气/二氧化碳还原等电化学能源转换技术为解决全球能源短缺及环境问题提供了新的思路和方向.然而,对这些能源转换技术的反应机理及其催化剂的活性位点目前仍缺乏深刻的认识和理解,这限制了高效、稳定催化剂的开发,以致阻碍该类电化学技术的进一步发展.原位光谱技术的快速发展为解决上述问题提供了坚实的基础,其中拉曼光谱是检测含氧物种的有效技术,X射线吸收谱则是揭示催化剂配位环境和价态变化的有力工具.鉴于此,本文详细介绍了原位拉曼光谱和X射线吸收光谱在电化学领域的最新应用.重点分析了一些代表性的例子,主要包括:(1)揭示了不同Pt单晶以及Pt基催化剂表面的具体氧还原路径;(2)明确了过渡金属-氮-碳催化剂的真实氧还原位点;(3)解析了碱性条件下OH?离子对于氢氧化反应的作用;(4)揭示了氢析出反应中非Pt催化剂的活性位点;(5)检测到了氧析出和二氧化碳还原过程中催化剂的相变过程.上述例子表明原位表征技术的确可以有效监测电化学催化过程,捕捉中间产物,揭示反应机理以及表征催化剂的相变过程,可为合理的设计和制备高效催化剂提供可靠依据.然而,目前的原位表征技术还存在较多问题,比如拉曼光谱往往需要借助增强基底来增强其信号,从而限制其在表征实际催化剂中应用.而基于同步辐射光源的X射线吸收光谱其能量较高,可能会引发催化剂发生相变甚至损坏催化剂,而且它是一种体相敏感的表征技术,很难精确反映催化剂表面过程.除了这些原位技术的本身局限性之外,仍有许多问题阻碍对电催化过程的深入认识.例如,应将原位研究转化为工况研究,尤其要考虑电解质的作用.另外,缺乏有效的时间分辨技术来揭示不同电位下活性物种的动态变化.因此,需要不断发展新技术以及新策略,使得表征技术可以更精确真实地揭示电催化的原位过程,更有效地指导催化剂的设计开发.     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

等离子喷涂碳化铬－镍铬涂层的摩擦学特性

在发展新型高效节能的汽车和飞机发动机用耐磨材料中，碳化铬－镍铬涂层是很有开发前景的材料之一．为了扩大这种涂层的应用领域并为其应用提供科学依据，用ＭＭ－２００磨损试验机，研究了等离子喷涂碳化铬－镍铬（质量比为３∶１）涂层分别与不锈钢、热压烧结Ｓｉ３Ｎ４和石墨组成摩擦副的摩擦学特性；用扫描电子显微镜、Ｘ射线能量色散谱仪和Ｘ射线衍射技术，考察了磨痕和磨屑的形貌、元素分布和物相组成；讨论了涂层分别与给定的３种材料配副时的磨损机理．结果表明：涂层与不同材料对摩时的磨损量差别很大，磨损机理也明显不同——涂层与不锈钢对摩时的磨损表现为层状颗粒的断裂与剥离；涂层与Ｓｉ３Ｎ４对摩时的磨损主要表现为涂层颗粒的断裂和断裂颗粒的脱碳氧化；石墨对涂层具有润滑作用     

等离子喷涂碳化铬—镍铬涂层的摩擦学特性

在发展新型高效节能的汽车和飞机发动机用耐磨材料中，碳化铬－镍铬涂层是奶有开发前景的材料之一。为了扩大 种涂层的应用领域并为其应用提供科学依据，用ＭＭ－２００磨损试验机，等离子喷涂碳化铬－镍铬涂层分别与不锈钢、热压烧结Ｓｉ２Ｎ４和石墨组成摩副的摩擦学特性。     

有机磷农药残留的表面增强拉曼光谱快速检测

农药残留严重影响人类身体健康与生命安全,故亟需建立一种简单高效的农药残留快速检测方法。本文以金纳米溶胶作为表面增强拉曼光谱(SERS)的增强基底,结合便携式拉曼光谱仪,实现了倍硫磷与对硫磷等常用有机磷农药的多靶标同时检测。结果表明倍硫磷和对硫磷分别在1053 cm~(-1),1216 cm~(-1)和857 cm~(-1),1112 cm~(-1)处具有特征拉曼谱峰,且两者互不干扰。同时进一步研究表明,倍硫磷和对硫磷的浓度与其特征拉曼谱峰强度线性相关,故可实现定量检测,其中倍硫磷检测限可达0.01μg/mL对硫磷检测限可达0.025μg/mL。同时,该SERS方法可直接用于菠菜实际样品中多种农药残留的多靶标快速检测,检测限达到0.05μg/mL。该SERS方法具有方便、快速、灵敏度高、多靶标同时检测等优点,有望实现农药残留的现场快速检测。     

便携式拉曼光谱仪快速检测废水中残留有机溶剂

本文通过使用便携式拉曼光谱仪来快速检测废水中残留有机溶剂的种类和含量。首先利用便携式拉曼光谱仪建立标准拉曼谱图库,然后用便携式拉曼光谱仪检测废水样品并与标准谱图库比对,即可获得废水中含有的有机溶剂的种类和含量。该方法简便、灵敏、快速,对于实时监测废水的排放具有重要意义。     

中空核壳结构Ni1.2Co0.8P@N-C钠离子电池负极材料的制备及拉曼研究

本文设计制备了一种新型的氮掺杂碳包覆镍钴双金属磷化物中空核壳结构纳米立方体(Ni_1.2Co_0.8P@N-C)作为钠离子电池负极材料. 该材料以镍钴类普鲁士蓝(PBA)纳米粒子为模板,先后经水热法、磷化法和高温碳化处理后合成. 将其作为活性材料应用在钠离子电池中,该材料展现出优异的循环稳定性,当以100 mA·g^-1的电流密度循环至200圈时,该材料的库仑效率保持在99.3%. 进一步通过对不同电位下Ni_1.2Co_0.8P@N-C材料中的氮掺杂碳进行原位拉曼光谱测试,结果显示钠离子在氮掺杂的碳壳中的脱嵌行为具有较大程度的可逆性,研究结果对钠离子电池充放电过程的后续电化学研究提供了有价值的信息.     

单晶电极界面反应过程的电化学原位拉曼光谱研究

自20世纪70年代起,人们利用原位光谱技术（拉曼、红外等）对电化学界面进行了系统的研究,进而发展出原位谱学电化学的研究方向,由于其具有良好的表面灵敏度和能量分辨率,可以提供更多的表面反应信息,进而从微观上揭示反应机理. 伴随着纳米技术的兴起,表面增强拉曼光谱技术取得了快速的发展. 近来,壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopy,SHINERS）技术更是得到人们的广泛关注. SHINERS的出现为研究单晶模型电极上的催化反应提供了一种非常好的原位光谱技术. 本文主要对原位电化学SHINERS技术在单晶电极界面研究的具体应用及其发展前景进行相关论述.     

软粒子力学性能的模拟研究

运用弹性膜理论结合三角网格动力学模型模拟研究了平行板压缩软粒子的过程,仔细考察了压缩过程中软粒子的形状变化、应力响应、力学松弛和粘弹行为.模拟结果与已有的实验基本一致.     

Radiation Vulcanization of Magnetorheological Elastomers Based on Silicone Rubber

介绍了两种制备磁流变弹性体的硫化方法即高温硫化和辐射硫化. 研究中采用动态力学分析仪(DMA)测量了样品的动态力学特性.特别是对样品的磁流变效应和耐久性进行了详细的测试. 实验结果表明，经过辐射硫化的样品具有更大的零场模量和磁致模量，以及更好的磁流变效应和耐久性. 为了解释这些结果，文章对样品的体积形变和增塑剂渗出都作了详细的分析. 在硫化过程中样品的体积保持稳定是辐射硫化样品具有大磁致模量的重要原因，而增塑剂渗透性小也是辐射硫化样品具有高磁流变效应和耐久性的重要因素.