非线性光学研究水及电解质水溶液界面——空气/电解质水溶液界面特定阴阳离子效应

水及电解质溶液界面在物理、化学、环境及生物等各种过程中扮演着至关重要的角色。百年来科学家用各种实验及理论方法研究水及电解质溶液界面,试图理解其界面的结构及动力学。最近的实验和理论研究表明离子能够影响电解质水溶液界面结构,可极化性大的阴离子甚至会在界面富集。本文综述了我们研究组近年来利用二阶非线性光学方法--非共振的二次谐波与和频振动光谱研究水及电解质溶液界面的进展。首先我们研究了空气/纯水界面非共振二次谐波信号的来源,研究结果证明了空气/纯水界面非共振二次谐波信号完全可以归结为电偶极贡献,为此方法在电解质溶液界面的研究奠定了基础。同时,用偏振及对称性分析对空气/纯水界面和频振动光谱峰进行了归属,提供了纯水/空气界面结构新的物理图像。在此基础上,我们对几种电解质水溶液界面进行了深入研究,结果证明不仅可极化性大的离子会在水界面富集,并使界面层增厚,可极化性小的阴离子对界面层厚度也有影响,甚至阳离子也会在一定程度上影响界面水分子结构。     

对铁棒腐蚀问题的探究

通过实验探究了铁棒在电解质溶液界面和液面下的腐蚀情况,结合实验现象从理论上对铁棒在电解质溶液中发生的腐蚀反应进行了阐述分析,澄清了人们对所述铁棒腐蚀现象的错误看法,对两道高考试题中的电化学腐蚀问题进行了重新认识。     

电极/溶液界面双电层分子模型发展

电极／溶液界面双电层分子模型发展苏文煅（厦门大学化学系３６１００５）有关两相界面层性质研究，可追溯到上世纪末，其内容（包括实验现象和理论模型）十分广泛。迄今，除金属／溶液界面外，已深入到诸如熔盐，两不互溶液／液，半导体以及绝缘体／电解质溶液界面等各个...     

LiV3O8电极在硫酸锂-水-乙醇电解质中的电化学性能研究

应用低温液相反应再经450℃中温锻烧制备LiV3O8活性物质,并用X射线衍射(XRD)分析和扫描电镜(SEM)表征了产物LiV3O8结构、形貌.电化学方法研究LiV3O8电极在硫酸锂-水-乙醇中性电解质溶液中的性能.恒流充放电结果表明,LiV3O8电极的比容量随电解质溶液中乙醇含量的增加而降低,若同时考虑电解质溶液的电导率和电极的稳定性,水/乙醇体积比4∶1最为合适.交流阻抗测试表明,溶液的欧姆电阻以及电极/电解质界面的电荷转移电阻随溶液中乙醇含量的增加而增大;随着充放电循环的进行,电极/电解质界面的电荷转移电阻增大,电极的活性降低.     

扬帆启航：电化学实验初步

电化学是研究电能和化学能相互转化的规律的科学。电能和化学能之间的相互转换,是通过电极/电解质溶液表界面的结构变化和电荷转移反应来实现的。以电化学能源器件为例,前者为超级电容器,能量存储和释放主要通过界面双电层的表界面结构变化来实现;后者为化学电源,能量存储和释放主要通过电极活性物质的表界面化学反应来实现。所以,研究一个电化学体系时,主要关注两个问题,即表界面结构和表界面电荷转移反应。而表界面结构直接影响表界面电荷转移反应的性质,因此,从电化学实验的角度,表界面的构筑是至关重要的,包括电极的制备和表征、电极修饰材料的制备及组装、溶剂和支持电解质的选择和优化、电化学实验环境等等。本文旨在向广大电化学初学者讲述电化学实验的准备工作以及对实验现场数据的基本判断,帮助大家在实验中及时发现问题,及早采取措施,高效率地获取可信的实验数据。     

钴氰化钠/氯化钠固体溶液微晶体的电化学制备及其特性

钴氰化钠与铁氰化钠结构类似,而其在固/液界面上的电子转移特性却并不显著. 使用扫描电化学显微镜（SECM）构建了fL~pL体积的电化学微体系. 在微体系中溶剂蒸发,电解质则会浓缩结晶. 当电活性物质与支持电解质的晶格参数匹配时,二者可发生共结晶形成固体溶液. 本文采用该方法制得钴氰化钠/氯化钠固体溶液微晶体,结合微加工技术构建了固体电极/固体溶液界面,该钴氰化钠在固体溶液中即有很好的电子转移特性.     

聚电解质溶液的表界面热力学性质研究进展

聚电解质的表界面行为调控(如表面吸附和黏附)在黏合剂设计、胶体稳定/聚沉、海水淡化和生物医药材料研发等多个领域发挥着举足轻重的作用.聚电解质的浓度、刚性、序列结构、盐浓度和表面性质等可设计参数显著影响着聚电解质的表界面微观结构,进而决定聚电解质溶液的表界面热力学性质.为了加速高性能聚电解质材料的发展,利用理论方法(如自洽场理论和密度泛函理论等)和计算机模拟(如蒙特卡罗模拟和分子动力学模拟等)等手段开展高通量、系统性的研究是非常必要的.本文总结了近年来聚电解质溶液的表界面热力学性质的相关理论和模拟研究进展,同时也对该领域未来的发展趋势进行了总结与展望.     

电泳管的改进及使用

用“电泳法”测溶液的ζ电位实验能否成功与结果是否准确的关键有两个:一是电解质与溶胶之间的界面是否清晰,二是两电极在U管内的距离能否准确地量取. 国内各种《物理化学实验》教材中常用的几种电泳管的缺点有二.(1)A.B两管口竖直,往管口内壁滴加电解质溶液时,稍不注意,就会由于滴液冲力而打乱界面,(对a,b而言)实验需从头开始.(2)、在量取两电极间距离时需测5-6次取其平均值.说明此距离不易测准(因不是水平距离而是U形管的距离).     

物理化学教学中是否一定要定义a±?

电解质活度的问题是物理化学中的一个基本问题,涉及的范围较广。而我国现行的《物理化学》教科书中,论述电解质活度定义时,认为电解质在溶液中以离子形式存在,而单独离子的活度和活度系数a_+、a_-、γ_+、γ_-则无法用实验测量。因此需定义能用实验方法测定的电解质平均活度a_±、平均活度系数γ_±及与之有关的平均浓度m_±。     

基于偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物凝胶电解质的染料敏化太阳电池光电性能研究

采用偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物[P(VDF-HFP)]胶凝3-甲氧基丙腈基液体电解质, 成功制备了凝胶电解质并组装成准固态染料敏化太阳电池. 差示扫描量热测试结果表明凝胶电解质的溶液-凝胶转变温度(TSG)为71 ℃. 利用电化学方法分析了凝胶电解质中 电对的表观扩散系数及电导率低于液体电解质的原因, 同时结合暗态伏安法考察了电池内部TiO2多孔薄膜电极/电解质界面处的暗反应, 分析了凝胶化对电池光伏性能的影响. 进一步老化实验结果表明凝胶电池的稳定性明显优于液体电池.     

电极/碱性聚电解质界面的微分电容曲线和零电荷电位测定（英文）

碱性聚合物电解质作为现代碱性氢氧燃料电池的核心组成部分,其单离子导体的特性使得“电极/碱性聚电解质”界面的性质与“电极/溶液”界面有所不同。本文使用微电极,运用循环伏安、电化学交流阻抗以及浸入法等方法,测定了电极/碱性聚电解质界面的微分电容曲线和零电荷电位。该界面的微分电容曲线呈“U”状,且存在局域极小值,该极小值所对应的电位与浸入法测得的零电荷电位数值一致。单离子导体的特性使得“电极/碱性聚电解质”界面在零电荷电位两侧表现出不同的电化学极化行为。     

液态Wood合金在氢氧化钠电解质溶液中的电毛细变形现象

本文研究了液态Wood合金在氢氧化钠电解质溶液中,通过施加外电场,进而诱发液态金属电毛细变形的现象.当石墨电极伸入金属液滴内部时,通电后在金属表面发生的电极反应,促使金属表面形成氧化膜或去除氧化膜.由于氧化膜与液态金属的表面张力存在巨大差异,通电后电极极性的变化可实现金属液滴形状的快速可逆变形.在液态金属与电解质溶液之间形成的双电子层中,当两侧聚集同极性电荷时将降低界面张力.为维持通电后体系自由能最小,将迫使液体金属增大与溶液之间的界面面积,在宏观上表现为液体金属的变形,由于液态金属与氢氧化钠反应后自身携带负电荷,在电场力的作用下可有效地驱动液态金属在电解质溶液中的运动.     

液态Wood合金在NaOH电解质溶液中的电毛细变形现象

本文研究了液态Wood合金在氢氧化钠电解质溶液中,通过施加外电场,进而诱发液态金属电毛细变形的现象. 当石墨电极伸入金属液滴内部时,通电后在金属表面发生的电极反应,促使金属表面形成氧化膜或去除氧化膜. 由于氧化膜与液态金属的表面张力存在巨大差异,通电后电极极性的变化可实现金属液滴形状的快速可逆变形.在液态金属与电解质溶液之间形成的双电子层中,当两侧聚集同极性电荷时将降低界面张力.为维持通电后体系自由能最小,将迫使液体金属增大与溶液之间的界面面积,在宏观上表现为液体金属的变形,由于液态金属与氢氧化钠反应后自身携带负电荷,在电场力的作用下可有效地驱动液态金属在电解质溶液中的运动.     

四(十二烷基)氯化铵基小分子凝胶电解质染料敏化太阳电池

采用小分子胶凝剂四（十二烷基）氯化铵胶凝3-甲氧基丙腈基液体电解质制备了凝胶电解质,并组装成准固态染料敏化太阳电池．差示扫描量热测试结果表明,凝胶电解质的溶液-凝胶转变温度（TSG）为74℃．分析了凝胶电解质中I3^-／I^-电对的表观扩散系数低于液体电解质的原因,同时结合电化学阻抗技术考察了电池内部二氧化钛多孔薄膜电极／电解质界面处的暗反应,分析了凝胶化对电池光伏性能的影响．老化实验结果表明,凝胶电池的稳定性明显优于液体电池．     

液／液界面毛细管电极的不对称扫描循环伏安法研究

最近,对电荷在微毛细滴管尖端的液/液界面转移的电化学过程进行了研究。这些研究中,将互不相溶的两种电解质溶液之一充入微毛细滴管中,当它的细端浸入另一相溶液中     

非导电微球悬浊系的介电谱——弛豫机制的考察和界面信息的解析

研究了不同浓度电解质溶液中聚苯乙烯微球悬浊液的介电谱, 发现在40 Hz～110 MHz频率范围内出现了两个明显的弛豫. 在介电模型基础上对弛豫原因的理论分析结果表明, 千赫兹频域出现的弛豫是由粒子附近双电层中对离子的扩散所致, 兆赫兹附近出现的弛豫源于空间电荷在固/液界面的累积. 应用Hanai方法计算出体系内部的相参数, 获得了微球/溶液界面的电信息, 并给出了合理解释. 理论计算结果验证了模型和方法的适用性. 实验采用透析法调制样品, 有效地防止了体系内部粒子二次团聚的发生.     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(I): 单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要. 本文假定膜具有狭缝状孔, 采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象. 使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征, 这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到. 本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl, KCl, LiCl), 2-1型(K₂SO₄)和2-2型(MgSO₄)单一电解质溶液的截留率, 并与实验数据进行了比较, 两者吻合较好. 计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移, 纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定. 该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确, 但对高浓度电解质溶液则偏差较大.     

无限稀释氯化氢水溶液中离子迁移数的测定

基于Debye-Hückel-Onsager理论讨论了离子迁移数与电解质溶液浓度的关系,并介绍了测定无限稀释条件下离子极限迁移数的实验方法。实验证明,测得的迁移数与溶液浓度关系可以计算为一个线性拟合函数,并外推至零浓度,从而得到极限迁移数。因此,这个传统教学实验可以做出改进,以增进学生对电解质理论的理解。     

锂/聚合物电解质电化学固/固界面的研究

综述了聚合物锂电池中锂/聚合物电解质电化学固/固界面的研究进展。通过与锂/液体电解质体系进行比较,简要介绍了在锂/聚合物电解质界面上发生的电化学反应、锂钝化层形成及其对界面反应的影响,并侧重讨论了传统电化学方法和谱学方法,特别是现场分析技术在电化学固/固界面研究中的应用。总结了锂/聚合物电解质界面的几种不同改善途径。     

纳滤膜对电解质溶液分离特性的理论研究(Ⅰ):单一电解质溶液

电解质溶液在纳滤膜中的截留率对于膜法海水淡化和重金属离子的脱除非常重要.本文假定膜具有狭缝状孔,采用扩展Nernst-Planck方程、Donnan平衡模型和Gouy-Chapman理论来描述电解质溶液中离子在膜孔内的传递现象.使用纯水透过系数、膜孔径及膜表面电势来表征纳滤膜的分离特征,这三个参数可通过Levenberg-Marquardt方法由实验数据关联得到.本文使用该模型计算了两种商用纳滤膜(NF45和SU200)对1-1型(NaCl,KCl,LiCl),2-1型(K2SO4)和2-2型(MgSO4)单一电解质溶液的截留率,并与实验数据进行了比较,两者吻合较好.计算结果表明电解质溶液中离子在纳滤膜孔内传递的主要机理是离子的扩散和电迁移,纳滤膜对电解质溶液中离子的分离效果主要由空间位阻和静电效应决定.该模型在低浓度时对电解质溶液通过纳滤膜的截留率计算结果较准确,但对高浓度电解质溶液则偏差较大.