电化学阻抗谱弛豫时间分布基础

电化学阻抗谱（EIS）是一种高效的原位/非原位电化学表征技术,已在电化学能源领域得到广泛应用,如用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等材料及器件性能的诊断和优化. 弛豫时间分布（DRT）是一种不依赖于研究对象先验知识的EIS解析技术,可用于分离和解析EIS中高度重叠的物理化学过程. 为了促进DRT解析技术的应用和推广,本文详细阐述了如下问题： 1） DRT解析原理、实现算法及重要扩展; 2） 典型电路基元的DRT解析分析; 3） DRT的具体实现及在电化学能源中的典型应用举例; 4）DRT解析技术研究进展、存在问题及发展趋势.     

双原子催化剂:制备、表征和应用

发展可持续和清洁的电化学能源转化技术是应对能源短缺和环境污染挑战的关键一步,燃料电池、电解电池和金属空气电池作为清洁能源储存和转换装置目前得到广泛应用推广,这些装置依靠电催化反应以及电极材料上发生的电荷转移过程来转换电能和化学能.而电催化剂是该类装置电极材料的核心部件,电催化反应的热力学和动力学过程与电催化剂的物理性质和化学状态密切相关.因此探索和开发性能优良、成本低廉的新型电催化剂,将进一步促进这些能源转化技术的商业化应用.单原子催化剂(SACs)以其暴露的活性位点、高选择性和最大限度地原子利用率而受到人们的广泛关注.然而,随着单原子表面自由能的增加,粒子在制备和催化过程中的聚集,催化活性位点的降低和催化剂负荷的相对较低,严重制约了SACs的发展和应用.考虑到SACs的缺点,为了进一步增加单原子活性位点的数量和负载,双原子催化剂(DACs)作为SACs家族成员的扩展近年来逐渐兴起,且两种金属原子(同核/异核)在DACs中的协同作用显著提高了催化剂的催化活性.本文基于当前最新的研究工作对比了同核/异核DACs的不同优势,列举了一系列包括原子层沉积法、湿化学吸附法以及高温热处理法等方法用于制备性能优异的DACs,其中高温热处理法因应用广泛被重点强调.同时,本文也对DACs的表征和识别手段进行了重点概括,包含XANES, EXAFS, IR, DFT等;详细概括和对比了当前DACs在电化学方面的主要应用,如氧还原反应(ORR)和二氧化碳还原反应.目前, DACs作为一个新兴的研究领域,由于其金属原子负载量高、活性位点比SACs更为灵活,已经在电催化领域取得了快速的发展.相对于同核DACs,原则上不同的两个金属原子会组成更多的异核DACs,因此,对于性能优异的异核DACs还有更多的可能性值得深入探索.可以预见, DACs的发展将弥补SACs的不足,在电化学能源的转换和储存方面发挥全面的优势;借助于异核DACs中不同的两个金属原子的多样性,探索以过渡金属为主的DACs,将会为节约贵金属资源及环境保护带来巨大贡献,进一步设计和优化DACs,有利于燃料电池和金属-空气电池创造出更大的经济效益和社会效益.因此,我们相信DACs的发展将成为材料研究的一个新前沿,并为合成更多的高效应用催化剂开辟一条新的途径.     

铂电极上苯和苯磺酸吸附定向的现场红外反射吸收光谱电化学方法研究

本文用现场红外反射吸收光谱电化学方法和循环伏安法研究铂电极上苯和苯磺酸的吸附定向.对于苯/铂势系,电势在-0.6至0.0 V(相对饱和甘汞电极)内,苯主要以垂直方式吸附;在0.0至0.8 V内则主要以平躺方式吸附.对于苯磺酸/铂体系,电势在-0.4至0.0 V内,苯磺酸分子中的苯环主要呈垂直吸附且SO_3H基团远离电极表面;在0.0至1.0 V内则主要以倾斜平躺方式吸附,SO_3H基团通过其中的两个氧原子吸附于电极表面上.     

铂电极上氰离子电化学行为的现场红外反射吸收光谱及电化学研究

本文用电化学方法和电化学调制现场FTIR光谱方法研究了CN~-/pt体系的行为。对0.5 mol L~(-1)NaCN+0.5mol L~(-1)NaF/pt体系, 在-0.8至1.0伏(相对饱和甘汞电极)电势区内, 可观测到四个红外吸收峰, 位置为2076、2087—2095, 2138和2170cm~(-1), 分别对应于溶液中的CN~-, 吸附态的CN~-, pt~(2+)-CN~-配合物及NCO~-。在此伏电势范围内, Pt电极上总存在吸附态的CN~-, 其吸收峰位随电势正移而移向高波数。当电势正于0.2伏时, 电极上发生了两种不可逆电化学反应, 分别生成Pt(CN)_2或Pt(CN)_4和NCO~-。当电势正于0.6伏时, NCO~-发生进一步的氧化反应, 生成CO_2和N_2气泡。     

硫酸水溶液中铅阳极膜形成及其结构的非现场FTIR反射吸收光谱—电化学研究

本文用非现场红外反射吸收光谱方法和电化学循环伏安法研究了1.0mol·dm^-3H₂SO₄中-0.6至2.5伏电势范围内(相对SCE)Pb阳极膜的形成及其可能的结构.在此电势区内Pb阳极膜中始终存在硫酸铅或碱式硫酸铅,其中SO₄^2-主要以桥式双齿配位方式与Pb²⁺结合.另外,上述电势范围内生成的膜中无可检测量的H₂O和OH^-存在.     

CN-和SCN-水溶液中Cu电极上膜的形成及其结构的非现场红外反射吸收光谱研究

本文用电化学方法和非现场红外反射吸收光谱方法研究了CN^-和SCN^-水溶液中Cu电极上膜的形成及其结构,对于0.5mol·l^-1NaSCN+0.5mol·l^-1NaF/Cu体系,在-0.50到0.20伏(相对SCE)范围内形成的表面膜给出2157～2162cm^-1的红吸收峰;在-0.20至0.40伏则得到2177cm^-1峰。这表明在不同电势下生成的硫氰化铜表面膜的结构不同,对于0.5mol·l^-1NaCN+0.5mol·l^-1NaF/Cu体系,在0.00至0.40伏电势范围内,可得到两个吸收峰,波数分别为2128和2170cm^-1,对应于Cu(CN)₂^-和CuCN,此二峰强度基本同步地随电势改变,表明不同电势下表面膜的结构基本相同。     

CN~-和SCN~-水溶液中Cu电极上膜的形成及其结构的非现场红外反射吸收光谱研究

本文用电化学方法和非现场红外反射吸收光谱方法研究了CN~-和SCN~-水溶液中Cu电极上膜的形成及其结构,对于0.5mol·l~(-1)NaSCN+0.5mol·l~-1NaF/Cu体系,在-0.50到0.20伏(相对SCE)范围内形成的表面膜给出2157～2162cm~-1的红吸收峰;在-0.20至0.40伏则得到2177cm~-1峰。这表明在不同电势下生成的硫氰化铜表面膜的结构不同,对于0.5mol·l~(-1)NaCN+0.5mol·l~-1NaF/Cu体系,在0.00至0.40伏电势范围内,可得到两个吸收峰,波数分别为2128和2170cm~-1,对应于Cu(CN)_2~-和CuCN,此二峰强度基本同步地随电势改变,表明不同电势下表面膜的结构基本相同。     

双原子催化剂:制备、表征和应用（英文）

发展可持续和清洁的电化学能源转化技术是应对能源短缺和环境污染挑战的关键一步,燃料电池、电解电池和金属空气电池作为清洁能源储存和转换装置目前得到广泛应用推广,这些装置依靠电催化反应以及电极材料上发生的电荷转移过程来转换电能和化学能.而电催化剂是该类装置电极材料的核心部件,电催化反应的热力学和动力学过程与电催化剂的物理性质和化学状态密切相关.因此探索和开发性能优良、成本低廉的新型电催化剂,将进一步促进这些能源转化技术的商业化应用.单原子催化剂(SACs)以其暴露的活性位点、高选择性和最大限度地原子利用率而受到人们的广泛关注.然而,随着单原子表面自由能的增加,粒子在制备和催化过程中的聚集,催化活性位点的降低和催化剂负荷的相对较低,严重制约了SACs的发展和应用.考虑到SACs的缺点,为了进一步增加单原子活性位点的数量和负载,双原子催化剂(DACs)作为SACs家族成员的扩展近年来逐渐兴起,且两种金属原子(同核/异核)在DACs中的协同作用显著提高了催化剂的催化活性.本文基于当前最新的研究工作对比了同核/异核DACs的不同优势,列举了一系列包括原子层沉积法、湿化学吸附法以及高温热处理法等方法用...     

基于伪随机二进制序列的阻抗谱快速重构及其在电化学能源领域的应用

阻抗谱的应用范围越来越广,其传统测试方法耗时长的问题也日益突出. 提高阻抗谱测量速度的各种尝试中,合成宽带激励信号和设计高效率估计算法被认为是最具潜力的解决方案,由于伪随机二进制序列（pseudo-random binary sequence,PRBS）具有功率谱平坦和易生成等优点,它在阻抗谱快速测试中具有独特优势. 本文综述了快速阻抗谱测试中三个核心问题：PRBS信号类型、不同快速算法及其在电化学能源领域的典型应用. 对于PRBS信号类型,即最大长度序列信号、混合PRBS、离散区间二进制序列和正交PRBS,本文讨论了它们各自的特点和应用范围;对于不同的PRBS激励信号的快速算法,即离散傅里叶变换/快速傅里叶变换、小波变换、快速m序列变换、基于系统辨识的参数估计算法以及这些算法各自的特点和应用范围,本文进行了深入的分析;对于PRBS阻抗谱快速测量的应用,本文以铅酸电池、锂离子电池、质子交换膜燃料电池和超级电容器等电化学能源为例,验证了其应用的可行性. 为促进技术的进一步完善,本文总结和分析了PRBS阻抗谱快速测量存在的挑战,并提出了克服这些挑战所必需的未来研究方略.     

铅碳电池关键材料研究进展

铅酸电池极板活性物质比表面积低,在部分荷电态高倍率充放电的条件下负极易硫酸盐化而失效,铅碳电池是将高比表面积、高电导率的碳材料引入铅酸电池的负极活性物质中,抑制硫酸铅晶体的粗化.因此,铅碳电池具有充放电性能好、循环寿命长等优势,但碳材料析氢过电位低,导致析氢反应加剧,且密度远低于铅,导致和膏不均匀.随着碳材料的增多,负...