固体氧化物燃料电池综合实验的设计

设计了一个综合性实验——固体氧化物燃料电池制备及性能测试。实验内容包括电解质和电极粉体的制备、电池片压制、对称电极制备,以及采用X射线衍射对粉体结构进行表征,采用电化学工作站对电池化学性能进行测试分析。本实验不仅可以锻炼学生的基本实验操作技能,还可以提高学生的学习兴趣和动手能力,培养学生的创新意识和团队协作精神。     

织构气体扩散层表面氢氧燃料电池阴极超低Pt载量催化层的磁控溅射法制备

采用磁控溅射技术在具有织构结构的气体扩散层(GDL)表面制备了可应用于氢氧质子交换膜燃料电池的超低Pt载量阴极催化层, 并通过SEM、 轮廓仪和XRD等测试方法表征了GDL及其载Pt后的形貌和物相, 利用XPS分析溅射Pt的化学价态, 使用电池测试台表征其电池性能. 测试结果表明, 磁控溅射法在GDL表面沉积的Pt催化层载量可控且分布均匀; 与商业GDL对比, Pt在织构GDL表面具有更大的可附着面积. 电池性能测试结果显示, 当Pt载量为0.04 mg/cm²时, 以织构GDL作基材的样品质量比功率高达26.25 kW/g Pt, 远大于商业GDL作基材时的17.76 kW/g Pt, 也大于同等Pt载量下商业Pt/C催化剂的24.00 kW/g Pt.     

Cu纳米针上电场促进C-C耦合增强CO2电还原生成C2产物

电催化CO₂减排技术利用电能将过量的CO₂转化为有附加值的化学品,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径之一.电催化CO₂还原反应(CO₂RR)中的多碳产物(C₂),如乙烯和乙醇,因其比C1产物具有更高的能量密度和更广泛的应用而受到较大关注.目前为止,Cu基催化剂被认为是获得C₂产物的独特材料.研究者在提高Cu基催化剂C₂产物的活性和选择性方面做了大量的工作,如催化剂形貌工程、活性位点设计和中间吸附性能调控等.许多理论和实验研究已经证明,Cu基催化剂上的C-C偶联过程是C₂产物生成的速率决定步骤.优化C-C偶联过程的能垒是提高C₂产物活性和选择性的重要而直接的策略.CO₂RR在Cu上是由CO₂还原吸附CO(*CO)并二聚生成C₂产物引起的.C-C偶联过程与*CO的吸附性能密切相关.众所周知,CO是一种典型的极性分子,因此其在催化剂表面的吸附性能可能会受到活性位点周围的局部电场的影响.构建合适的局部电场是调节CO吸附性能和C-C偶联过程的潜在手段之一.前期工作(Nature,2016,537,382-386)证明了高曲率金纳米针可以在尖端产生高的局部电场.高局域电场诱导K+聚集,使活性位点周围CO₂浓度升高,大大促进了Au纳米针上的CO生成.基于Au纳米针的局域电场促进了CO₂RR的CO生成.本文利用Cu纳米针促进并优化C-C偶联反应来提高C₂产物活性和选择性.结果表明,局部电场可以促进C-C偶联过程,进而增强CO₂电还原生成C₂产物.有限元模拟结果表明,高曲率铜纳米针处存在较强的局部电场;密度泛函理论计算结果表明,强电场能促进C-C耦合过程.在此基础上,制备了一系列不同曲率的Cu催化剂,其中,Cu纳米针(CuNNs)的曲率最高,Cu纳米棒(CuNRs)和Cu纳米颗粒(CuNPs)曲率次之.实验测得CuNNs上吸附的K+浓度最高,证明了纳米针上的局部电场最强.同时,CO吸附传感器测试表明,CuNNs对CO的吸附能力最强,原位傅里叶变换红外光谱显示,CuNNs的*COCO和*CO信号最强.由此可见,高曲率铜纳米针可以诱导高局部电场,从而促进C-C耦合过程.催化性能测试结果表明,在低电位(-0.6 V vs.RHE)下,Cu NNs对CO₂RR的生成C₂产物的法拉第效率值为44%,约为Cu NPs的2.2倍.综上,本文为CO₂RR过程中提高多碳产物提供了新的思路.     

钙钛矿型LaFe1-xCuxO3的光催化活性研究

用柠檬酸络合法制备了钙钛矿型LaFeO3及LaFe1-xCuxO3化合物，测定了其对酸性红3B等水溶性染料的光催化降解活性。利用红外、紫外和光声光谱、正电子寿命谱及光电子能谱等技术分析了LaFeO3的光催化性能及掺杂对其活性的影响。结果表明，掺杂Cu^2 可使LaFeO3的光催化活性明显提高。     

水溶性染料在LaCoO3体系中的光催化降解

采用柠檬酸络合法合成了粒径为20－30nm和LsCoO3复合氧化物，并以其为光催化剂在荧光汞灯及太阳光照射下进行不同结构水溶性染料的降解脱色实验，结果表明，LaCoO3在较强的光催化活性，LaCoO3有较强的光催化活性，经光声光谱，XPS等测试分析知其活性主要与Co^3 离子的d电子结构、Co-O结合能及表面氧空位等因素有关。     

微乳液组成对毛细管微乳液电动色谱的影响

研究了一组电中性芳香族化合物的毛细管微孔液电动色谱分离，考察分离介质微乳液的组成对电动色谱保留时间的影响，实验结果表明，各芳香化俣物的保留时间均随表面活性剂２增加而增长；内相和助表面活性剂对有，无亲水基团入香化合物的保留时间有不同的影响规律，选用微乳液组成为８０ｍｍｏｌ／Ｌ正庚烷－１２０ｍｍｏｌ／ＬＳＤＳ－９００ｍｍｏｌ／Ｌ正丁醇－１０ｍｍｏｌ／Ｌ硼砂，样品在１４ｍｉｎ内达到完全分离，理论板数为３     

胶束溶液体系对毛细管电动色谱酸性化合物分离的影响

以阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）、非离子表面活性剂吐温20（ Tween 20）及两者组成的混合胶束体系作为毛细管胶束电动色谱（MECC）的分离介 质，进行4种结构相似的酸性化合物的MECC分离研究，考察了胶束的类型、表面活 性剂的浓度、缓冲溶液的pH值及有机改性剂乙醇对分离的影响。结果表明各因素对 酸性药物的MECC分离有不同的影响规律。SDS胶束体系对溶质的保留值最大， Tween 20体系的保留值最小，二者的分离选择性正好相反，混合胶束体系的分离行 为则介于两者之间；在SDS和Tween 20体系中，表面活性剂浓度增加，溶质的保留 时间均随之递增，混合胶束体系中，总浓度一定，随Tween 20配比的增加，溶质的 保留时间先减少后增加；缓冲溶液的pH值增大，使溶质的分离效果均能变差；有机 改性剂乙醇的加入对容量因子的影响主要与溶质的疏水性有关，并对分离作用机理 进行了探讨。在SDS和Tween 20 MECC体系下，分别进行了实样测定，取得了满意的 结果。     

毛细管电泳法研究环糊精与药物芦丁和氯霉素的相互作用

采用毛细管电泳淌度移动法测定了β-环糊精与芦丁和氯霉素这两种药物的包合常数及包合反应的热力学参数。所用未涂层熔融石英毛细管的规格为内径50 μm,总长37 cm,有效长度30 cm,电泳缓冲液为25 mmol/L硼砂+100 mmol/L硼酸(pH 8.6),并加入不同浓度的β-CD。在25 ℃时测得芦丁和氯霉素与β-CD的包合常数分别为98.5和1204 L/mol。通过测定不同温度下的包合常数,求得包合反应的系列热力学参数。结果表明β-CD与两种药物的包合反应焓熵互补现象明显。采用MM2力场对β-CD与两种药物分子的包合物的稳定构型进行了分子力学模拟,模拟结果与实验结果相符。     

有序中孔纳米多晶TiO~2薄膜的Li^+嵌脱行为

以三嵌段高分子非离子表面活性剂为结构导向剂,在非水条件下,合成了具有均一孔径分布(6.5nm)、高比表面积的稳定的中孔纳米多晶TiO~2薄膜。用循环伏安与电位阶跃技术研究了薄膜的Li^+离子嵌入反应。结果表明,由非离子表面活性剂导向而成的中孔TiO~2薄膜具有较大的Li^+离子嵌入容量,伏安特性中双电层电容效应非常显著,Li^+离子在脱嵌过程中电荷传递系数在0.15～0.4之间,嵌入系数为(4.7～55)×10^-^1^2cm^2/s。这些结果显示了具有大的比表面中孔TiO~2薄膜具有不同一般Li^+离子嵌入TiO~2薄膜的电化学反应特征。     

毛细管电泳无接触电导检测研究进展

毛细管电泳(CE)电导检测(CD)是相对较灵敏和仪器结构简单的一项溶液分析技术,尤其是对于无生色团的无机离子分析更具有突出优势,因此,CE-CD技术近年来得到了较快发展[1],并已推出商品化的毛细管电泳电导检测器[2]。但CE和CD的偶联目前还存在如下几个问题:第一,加工适合于毛细管