MXene-碳黑/硫复合材料在锂硫电池一体式电极的研究

锂硫电池的实际能量密度不高和多硫化物（LiPSs）的穿梭效应等问题严重影响了该电池的实际应用。本文通过将二维的Ti₃C₂T_x Mxene纳米片与碳黑/硫（CB/S）材料进行混合,制备了Ti₃C₂T_x-CB/S正极材料并将其涂覆在商业隔膜（PP）上,最终获得了Ti₃C₂T_x-CB/S-PP一体式电极并用于锂硫电池。利用Ti₃C₂T_x纳米片对CB/S进行修饰,不仅能提高活性物质硫的导电性,还能对扩散的LiPSs进行物理阻挡和化学吸附。而一体式电极的设计有利于提高电池的能量密度。恒流充放电测试结果表明,Ti₃C₂T_x-CB/S-PP电极在0.1 C电流下的初始放电容量为1028.8 mAh·g^-1,高于不含Ti₃C₂T_x的CB/S-PP电极的896.8 mAh·g^-1。Ti₃C₂T_x-CB/S-PP电极还展示出了比基于传统铝箔集流体的Ti₃C₂T_x-CB/S-Al电极更好的循环稳定性,前者在0.5 C下400圈长循环测试中的每圈衰减率为0.072%,而后者则为更高的0.10%。本文利用Ti₃C₂T_x-CB/S构建一体式电极的策略为实现高性能和高能量密度的锂硫电池提供了新的研究方向。     

乙醇在钯电极上的电氧化机理

利用循环伏安与现场傅里叶变换红外(FTIR)光谱对乙醇在Pd电极上的电氧化机理进行了研究. 循环伏安测量表明, 乙醇在Pd上氧化的性能受pH值与乙醇浓度的影响. 当溶液pH>11.0时, Pd对乙醇才具有催化性能, 而且乙醇在Pd上氧化的性能随着pH值和乙醇浓度的增加而提高. 现场红外光谱电化学测量结果证明, 乙醇在不同pH 溶液中的氧化反应机理和产物不同. 当溶液pH>13.0 时, 产物只有乙酸盐, 说明乙醇仅发生部分氧化, 乙醇中的C—C键没有断裂. 当溶液pH≤13.0时, 尽管乙醇在Pd电极上的氧化活性受到抑制, 却发生完全氧化而产生二氧化碳, 说明乙醇的C—C键在低碱环境中容易断裂, 最后乙醇被完全氧化. 实验中没有检测到CO, 表明该反应途径是一个非毒化过程.     

基于BiOCl-Fe2O3@TiO2介孔复合材料的光电化学合成氨性能研究

传统合成氨工艺存在能耗高、污染严重的问题. 因此, 高效、低能耗绿色合成氨工艺的开发迫在眉睫. 光电化学以H₂O和N₂为原料, 可以在太阳光驱动下, 在常温常压条件下实现氨的合成, 因而受到广泛重视. 但总的来说, 效率和产率都达不到实际要求. 新型高效催化剂及工艺的开发是提高合成氨产率及效率的关键. 非贵金属催化剂具备成本低、来源广泛、可操作性强的优势, 有利于光电化学合成氨的产业化. 本实验采用溶胶凝胶结合原位热裂解的方法制备了分散性好、结构均匀的BiOCl-Fe₂O₃@TiO₂复合材料, 对其物相、微观结构、表面状态、光学性能、电学性能等方面进行了系统表征, 并探究了该材料在常温常压下光电化学合成氨的催化活性. 结果表明, 同纯介孔TiO₂相比_, BiOCl-Fe₂O₃@TiO₂的吸收带隙变窄, 可见光吸收能力增强, 光生载流子的利用率增加, 光电合成氨的产率提升了7倍, 且BiOCl-Fe₂O₃@TiO₂显示了优异的化学稳定性. 本研究工作为绿色合成氨催化材料及工艺设计提供了新思路.     

乙醇在碳修饰的二氧化钛纳米管负载的钯电催化剂上的催化氧化

 通过有机物分解碳化处理TiO2 纳米管制得了TiO2C, 并以其为载体制备了Pd/TiO2C电催化剂,考察了该催化剂对碱性介质中乙醇电催化氧化的活性. 结果表明,碳化导电处理的TiO2C纳米管载体能有效改善催化剂中贵金属的分散度和电极结构,从而提高催化剂的电催化活性. 对催化剂活性组分的优化实验表明, Pd/TiO2C质量比为1/1时催化剂的活性最高. 在1 mol/L KOH溶液中Pd载量均为0.3 mg/cm2的条件下, Pd/TiO2C催化剂对乙醇氧化的催化活性是Pd/C催化剂的3.8倍.     

泡沫镍载碳化钨催化剂上的析氢反应

结合直接化学还原法和交替微波法制备了泡沫Ni载Ni-WC催化剂,用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对催化剂进行了表征,研究了其析氢电催化性能.结果表明,在相同条件下,泡沫Ni载Ni-WC催化剂的析氢起始电位与泡沫Ni相比降低了60 mV左右.电解质浓度和温度对泡沫Ni载Ni-WC催化剂的析氢电催化活性有很大影响.     

对甲苯磺酸铜的电化学表征

合成了对甲苯磺酸铜,用X光单晶衍射确定了其结构.实验结果表明,该盐容易脱除全部结晶水,在空气中不潮解.分别测定了对甲苯磺酸铜(Cu(p-OTs)2)在H2O、CH3OH和DMF中的电化学参数.实验结果表明Cu(p-OTs)2在不同溶剂中的反应机理各异. Cu(II)的电化学还原在H2O中是分两步进行,而在CH3OH和DMF中的电化学还原是一步两电子过程.对实验结果进行了分析讨论.     

空心碳半球锂离子电池负极的高倍率性能研究

以聚苯乙烯球为模板,通过水热法包裹硬碳层,又用微波法迅速引发聚苯乙烯核裂解的两步反应,制备了高比表面的空心碳半球.采用扫描电镜和透射电镜观察材料形貌,并测试该负极的电化学性能.在高倍率充放电条件下,与石墨、中间相碳微球电极相比,空心碳半球显现出了更高的容量和优异的寿命.     

碱性介质中葡萄糖在铂电极上的阳极氧化

为了进一步探明葡萄糖在铂电极上的氧化机理,用循环伏安法(CV)在-0.9～0.4 V(相对于饱和甘汞参比电极)内研究了葡萄糖在铂电极上催化氧化行为,首次详细报道了葡萄糖在电化学氧化过程中的电位振荡现象,并用电流扫描法表征了葡萄糖的电位振荡情况.电流扫描结果表明,在较慢的电流扫描速度下,电极过程出现了明显的电位振荡.说明电极上产生了毒化中间物,电位振荡是由于毒化中间物在电极上的吸附和在高电位下氧化除去引起的.     

多维网状结构三氧化钨的制备与表征

通过浓缩含有H₂O₂, 甲醇, 过钨酸, 和聚乙烯吡咯烷酮的溶液, 制备了含有介孔的WO₃多维网状结构. 用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、粉末X－射线衍射(XRD)、热失重分析(TG)、高分辨率透射显微镜(HRTEM)和N2等温吸附(BET)等技术, 对所制备的和煅烧后的WO₃网状结构进行了表征. 光学显微和SEM照片展示了这种形似泡沫的多维网状结构. 泡沫状WO₃不论在煅烧前还是煅烧后都比较稳定, 表现出自支撑的性质. 放大的SEM图表明, 煅烧后网状结构的壁是由WO₃的纳米颗粒组装而成的. XRD衍射分析表明, WO3泡沫煅烧前是非晶体, 煅烧后为正交晶系的晶体. 煅烧后WO₃的N₂吸附曲线是典型的IV型曲线. 脱附线在p/p₀＞0.6的滞后表明样品含有介孔, HRTEM图证实了这一结论. 吸附曲线在p/p₀≈1处陡然上升, 表明了大孔的存在, 印证了SEM的观察. 作为结构诱导剂的PVP具有廉价和稳定所制备溶液的优势.     

钯铁合金催化剂的稳定性

分别在酸性和碱性溶液中, 结合旋转圆盘电极技术和电化学石英晶体微天平技术原位考察了钯铁合金催化剂对氧还原反应催化活性的稳定性. 发现在酸性溶液中, 钯铁合金催化剂对氧还原反应的催化活性不稳定, 原因是钯铁合金催化剂在酸性溶液中发生电化学/化学溶解; 在碱性溶液中, 覆盖在电极表面的钯铁合金催化剂的质量及电化学活性面积在电化学扫描过程中不发生明显变化, 保持对氧还原反应的催化活性, 证明钯铁合金催化剂在碱性介质中非常稳定.