梯度颗粒阳极固体氧化物燃料电池电性能的数值研究

本文通过建立梯度颗粒阳极固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的三维数学模型,系统地研究了梯度颗粒阳极SOFC的电性能,深入分析了梯度颗粒阳极对SOFC电性能的影响机理。研究发现,梯度颗粒阳极设计可以有效降低阳极内的活化极化、浓度极化和欧姆极化。在本文的参数设置下,梯度颗粒阳极设计的SOFC最大输出功率密度可达到0.90 W·cm~(-2),相比于颗粒尺寸为0.5μm、1.0μm和1.5μm的阳极SOFC,增幅分别为2.59%、10.30%和16.26%。因此,梯度颗粒阳极设计的SOFC可以显著提高电池的电性能。     

组氨酸钴氧合配合物二聚体形态的电喷雾串联质谱验证研究

电喷雾质谱(ESI-MS)是一种软电离质谱技术,已在配合物的结构和机理的研究中显示了重要的作用。本文根据组氨酸钴(CoL2)(L=组氨酸)对分子氧活性很高,极易生成双核氧合配合物(CoL2-O2-CoL2)的特点,采用ESI-MS方法研究了组氨酸钴氧合物(CoL2-O2-CoL2)和组氨酸配合物ML2(M=Cu、Zn)。结果发现,质谱图中在相应于双核氧合配合物的高质荷比端(m/z>ML2),CoL2出现质谱峰,而组氨酸配合物ML2(M=Cu、Zn)在质谱图中高质荷比端没有出现质谱峰,只有配合物ML2的相关峰;这个结果证明了文献报道中的双核氧合配合物(CoL2-O2-CoL2)的存在,根据所得质谱结果,初步研究了组氨酸钴双核氧合配合物和ML2配合物的裂解规律。结果表明,可根据质谱数据中有无二聚体形态,做出Co配合物有无吸氧性能的初步判断,因此电喷雾质谱(ESI-MS)可做为研究Co配合物氧合反应和表征Co氧合配合物的有效分析手段。     

组氨酸钴氧合反应的电喷雾串联质谱

组氨酸合钴配合物是重要的氧载体模型化合物,对揭示氧载体的可逆吸氧机理的研究有着重要的作用。本文以组氨酸合钴吸氧初和吸氧中期两个阶段为研究体系,采用电喷雾多级串联质谱技术对组氨酸合钴氧载体的质谱裂解规律进行了研究。在其质谱裂解图谱中发现了氧合配合物碎片峰,将该氧合配合物碎片峰进一步裂解,可得到失去中性氧分子的子离子碎片峰,从而对其氧合形式进行了确认,根据所得质谱数据对组氨酸合钴氧合产物的结构、裂解规律及氧气的存在形态给出合理的推论。结果表明,吸氧过程是一个动态的变化过程,组氨酸合钴配合物吸氧初和吸氧24h后,分子氧均以超氧型形式存在,但其型态经历了从双核超氧桥联配合物到双核双桥联超氧羟基配合物的转变。对此过程的研究一直缺乏直接测定方法未被完全确定。本文采用电喷雾多级串联质谱技术对此氧合反应的机理进行了探讨,并初步确立电喷雾质谱（ESI-MS）可做为研究氧合反应和表征氧合配合物的有效技术手段。     

乙二胺钴氧合反应的电喷雾串联质谱研究

采用电喷雾多级串联质谱技术对氧载体模型化合物乙二胺钴氧合产物的的质谱裂解规律进行了探讨。以固相法合成的乙二胺钴吸氧初和吸氧6 d两个阶段为研究体系,在正离子电喷雾质谱条件下能够清楚地观测到乙二胺钴氧合配合物的特征碎片离子。对其中m/z 150.86的碎片峰进行子离子扫描,可得到失去中性氧分子(M=32)的子离子碎片峰(m/z 118.85),从而可进一步确认其为氧合配合物碎片峰。本文采用电喷雾多级串联质谱技术对吸氧初和吸氧饱和后的两个体系进行了合理的初步探讨,根据所得质谱数据对乙二胺钴氧合产物的结构、裂解规律及氧气的存在形态给出初步合理的推论,结果表明,吸氧过程是一个老化的过程,乙二胺钴配合物从吸氧初到吸氧饱和后,其形态经历了从双核过氧桥联配合物到双核过氧羟基双桥联配合物形态的转变。初步确立电喷雾质谱(ESI-MS)可做为研究氧合反应和表征氧合配合物的有效技术手段。     

梯度孔隙阳极固体氧化物燃料电池传质与电性能研究

本文通过建立梯度孔隙阳极固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的三维数学模型,模拟了SOFC内部气体传输现象及电性能,通过对比梯度孔隙阳极SOFC与均匀孔隙阳极SOFC的能质传递特性,揭示了梯度孔隙阳极的优越性。研究发现,梯度孔隙阳极设计在保证传质特性不降低的同时,有效调整了电极与其他部件特别是电解质热膨胀系数的匹配。在本文的参数设置下,梯度孔隙阳极设计的SOFC最大输出功率可达到1.005W·cm~(-2),相比于均匀孔隙阳极SOFC,至少可提高8.78%。因此,梯度孔隙阳极设计的SOFC可以显著提高电池的电性能。     

2,3-二氨基丙酸钴(Ⅱ)配合物的可逆氧合性能

通过UV-Vis光谱和氧电极实验证明2,3-二氨基丙酸(DAPA)钴(Ⅱ)配合物在水溶液中具有良好的吸氧性能和吸氧-放氧可逆性. 根据配合物光谱随pH值变化的pH-A曲线可知, 该配合物在pH值高于6.5后发生氧合反应, 在pH=7.0~10.0范围内生成稳定的形态; 在pH=8时用等摩尔比法及量气法对氧合配合物的组成比进行了测定, 得出n(Co)∶n(DAPA)∶n(O₂)=1∶2∶1; 在波长384 nm和pH=7.0条件下, 利用UV-Vis光谱考察了配合物在室温、 水溶液中的吸氧-放氧反应动力学, 结果表明, 该配合物在85 h内连续吸氧-放氧可逆循环150次后仍具有5%的氧合能力.