咪唑接枝交联型磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及在直接甲醇燃料电池中的应用

通过咪唑接枝、共价交联制备出交联型咪唑改性磺化聚醚醚酮(SPEEK)质子交换膜.通过接枝咪唑可以大幅提高质子电导率,25℃下电导率可达0.14 S/cm,高于Nafion膜(0.086 S/cm),并随着交联度的增加,质子电导率逐渐降低,但交联膜的致密网络结构使得甲醇渗透明显降低,当交联度为20%时膜的电导率和甲醇选择性分别高达0.105 S/cm和4.57×10~5S·s/cm~3,实现了质子电导和甲醇阻隔的均衡.通过共价交联,膜的氧化稳定性和尺寸稳定性大幅提升.采用交联度为20%的改性SPEEK膜,被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)在25℃下的最大输出功率密度达29.7 mW/cm~2,可与商业化Nafion 115膜相媲美,展现出良好的应用前景.     

还原态氧化石墨烯载Pd纳米催化剂对甲酸氧化的电催化性能

采用改进的Hummers法氧化石墨后,对其超声剥离成氧化石墨烯水溶液,继之通过乙二醇还原Pd金属离子和氧化石墨烯,得到了还原态氧化石墨烯（RGO）负载Pd纳米催化剂,并用于甲酸的电催化氧化.透射电子显微镜和X射线衍射结果显示：负载于RGO上的Pd粒子平均粒径为3.8nm,其优先在RGO的褶皱和边缘处生长.电化学测试表明：RGO上残存的含氧基团降低了Pd催化剂受CO毒化的程度,Pd/RGO催化剂表现出了较商业化Pd/C更高的电催化活性和更好的稳定性.     

Fe-N共掺杂的碳纳米管串联空心球对氧还原反应的电催化

以ZIF-8为模板,通过表面包覆聚多巴胺、同时刻蚀ZIF-8中的Zn²⁺,形成空心球,在与三氯化铁络合后,经高温碳化和氨气热处理,得到了高比表面积的Fe-N共掺杂的碳纳米管串联的碳纳米空心球催化剂. 氨气不仅刻蚀碳基底提高比表面积,还可还原铁元素形成Fe₄N纳米粒子,提升了催化剂对氧还原反应的电催化活性,其氧还原半波电位达0.79 V,仅比商业Pt/C低60 mV,而且其稳定性和耐甲醇性更优于商业Pt/C,展示出良好的燃料电池应用潜力.     

空气“自呼吸”式直接甲醇燃料电池阴极微孔扩散层的优化

直接甲醇燃料电池;空气“自呼吸”;阴极微孔层;阴极水管理;膜电极集合体     

聚合酶链式反应微芯片系统用于微量生物样品的快速扩增检测

基于MEMS微加工技术设计和制作了一种集成微加热器和温度传感器的聚合酶链式反应（PCR）微芯片。PCR微芯片结构通过有限元模拟验证分析。该芯片在PCR扩增过程中具有良好的制热效率和热传递均匀性。在微型温度控制电路装置下进行热循环反应,芯片的温度起伏小于1℃／s,升降温速度分别达到5℃／s和3℃／s,30个热循环耗时30min。此系统已经用于GUS基因的扩增检测,获得了良好的结果,极大的缩短了热循环的时间,可用于微量生物样品的快速扩增检测。     

高活性位点密度Fe-N共掺杂碳纳米片的制备及氧还原性能

从三聚氰胺和均苯四甲酸酐单体出发, 通过熔融盐法合成了三嗪结构聚酰亚胺纳米片, 借助类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)与铁离子的配位作用, 经高温热处理形成了高效掺杂的Fe-N/C催化剂. 研究结果表明, 该催化剂为表面粗糙的纳米片结构, 比表面积高达1794 m²/g. 通过g-C₃N₄的引入和含量的调控, 催化剂中铁元素的掺杂量最高可达1.13%(摩尔分数), 为未引入g-C₃N₄的3.3倍, 其原因可归结于g-C₃N₄配位锚定了铁离子, 其较强的配位作用可以避免高温热处理时铁元素的迁移和聚集. 该催化剂在酸性条件下氧还原反应半波电位为0.79 V, 10000周加速测试后的半波电位衰减了30 mV, 表现出较好的氧还原活性.     

高载量PtNi金属间化合物的氧还原电催化性能

采用改进的多元醇法制备了PtNi(原子比1∶1)质量分数为60%的高金属载量碳载PtNi合金(PtNi/C), 通过在450 ℃下退火处理获得了碳载PtNi金属间化合物氧还原电催化剂. 该催化剂对氧还原的质量比活性和面积比活性分别是商业化Pt/C(JM Pt/C)催化剂的1.66和2.3倍; 并且加速耐久性测试后PtNi金属间化合物催化剂的质量比活性仍与Pt/C的初始性能相当, 耐久性得到了大幅提升. PtNi/C金属间化合物催化剂氧还原活性和稳定性的提高归因于PtNi的有序原子排布结构及催化剂表面零价金属含量的提高.     

络合还原法制备碳载钯纳米粒子及其电催化甲酸氧化

应用柠檬酸钠络合还原法制备了粒径小、分布均匀的碳载Pd纳米粒子(Pd/C).由于柠檬酸钠的络合作用,有效地降低了Pd粒子在形成过程中的团聚.经过简单的热处理调控Pd粒子大小,发现随热处理温度的升高,Pd粒子直径由初始的2.7 nm增大到5.8 nm左右.电化学测试表明Pd/C的Pd粒子尺寸越小,电催化甲酸氧化的质量比活性越高,但如当Pd粒径较大,则催化剂呈现出更高的面积比活性.Pd粒径为3.6 nm的催化剂,其电催化甲酸氧化的稳定性最好.     

铂纳米棒有序阵列催化电极在被动式直接甲醇燃料电池中的应用

直接甲醇燃料电池(DMFC)具有能量密度高、无需充电、液体燃料添加便捷及环境友好等优点,是新一代便携式移动电源研究热点. DMFC规模应用的主要技术挑战是如何进一步提高电池性能、显著降低成本和可靠延长寿命.催化电极作为 DMFC发电核心和成本的集中体现,其电催化活性和贵金属用量直接影响 DMFC的性能和成本,开发高性能、低成本的催化电极对推进 DMFC实用化进程具有重要意义.特别是在被动式 DMFC中,阴极催化电极不仅需要提高电催化活性和大幅降低贵金属用量,而且还面临内部严重的“水淹”和氧传质受限等问题.近年来,随着纳米技术发展,有序纳米结构已逐渐应用于 DMFC催化电极的构筑中,电池性能得到显著提高.然而,目前的研究主要集中在膜电极纳米有序微孔层、纳米有序改性膜和纳米有序阳极催化电极及其阳极贵金属载量降低等方面,关于阴极催化电极在有序纳米结构以及载量降低等方面的研究相对较少.
　　本文采用模板法直接在微孔层上电沉积定向生长排列有序、直径可控的铂纳米棒阵列,并作为阴极催化电极应用于被动式 DMFC. X射线衍射和透射电镜结果表明,该铂纳米棒结构稳定,表面含有丰富的纳米晶须结构,有利于催化电极比表面积增加和电催化活性提高.不同催化电极上氧还原的极化曲线表明电极性能依下列次序变化：直径为200 nm铂纳米棒阵列电极>100 nm铂纳米棒阵列电极>商业化铂黑催化电极.电池性能表征表明,长度为1–3μm、直径分别为200和100 nm、载量为1.0 mg/cm2的铂纳米棒阵列作为阴极催化电极的 DMFC最大功率密度分别为17.3和12.0 mW/cm2.通过催化电极电化学活性面积和阻抗测试,分析其性能提高的原因可归结于有序排列的铂纳米棒阵列结构提高了电化学活性面积、增强了氧还原电催化活性并促进了阴极氧的传质.     

超细Pd纳米线表层富Pt作为耐久性氧还原催化剂研究

本文控制合成一维方向生长的直径为1.5 nm,长度为11.8 nm的超细Pd纳米线,结合欠电位沉积方法在其表面制备了不同Pt原子层的Pd@Pt核壳结构纳米电催化剂. 高分辨透射电镜和光电子能谱结果证实了这种核壳结构及Pt在Pd纳米线上的均匀分布. 相比于商业化Pt黑催化剂,该核壳结构电催化剂对酸性介质中的氧气还原反应呈现了较高的电催化活性和增强的耐久性. 显著增强的耐久性可归属于催化剂一维结构的稳定性.