室温合成非晶三硫化钼析氢催化剂的性能调制以及其在串联制氢器件中的应用

高催化活性、低成本、良好工艺兼容性以及高稳定性的析氢催化剂是实现一体化光电化学水解制氢器件的关键, 然而传统的贵金属催化剂由于储量稀缺、成本高昂而严重限制了光电化学水解制氢器件的产业化进程. 本文在室温下通过湿法化学合成法制备了高催化活性、成本低廉以及工艺兼容性好的非金属非晶三硫化钼析氢催化剂, 并研究了不同催化剂滴涂量对其催化活性以及串联制氢器件制氢性能的影响. 结果表明, 存在最优化非晶三硫化钼催化剂滴涂量以获得最佳催化活性(10 mA/cm²电流密度对应电势达260 mV vs. RHE(可逆氢电极), 塔菲尔斜率达68 mV/dec), 其粗糙表面以及多孔结构可获得更大的电化学接触面积以促进析氢反应. 进一步将其作为光阴极应用于串联制氢器件, 可有效降低过电势损失和提高光生电流密度输出, 与光阳极结合有望提高制氢效率.     

高分子化学探索性实验:α,ω-羧基聚二甲基硅氧烷的可控合成

以高分子化学实验课程为载体,将学生课外科研活动与高分子化学实验以及任课教师所在科研团队的科研成果有机结合起来,把功能高分子的设计与结构表征提前引入到高分子化学实验中,形成了一整套较为完整、具有探索性和综合性的高分子化学实验实施方案。以α,ω-羧基聚二甲基硅氧烷(α,ω-羧基硅油)的可控合成为例,通过引导本科生独立地进行文献检索、实验方案设计、材料合成和结构表征及实验报告撰写,既提高了他们利用已学的有机化学和高分子化学知识进行综合分析的能力,又培养了其查阅文献、分析文献和形成创新性思维的能力。     

疏水载流子传输层上制备高效钙钛矿太阳电池的锚固策略

几种常用的导电聚合物(如PTAA(聚三芳基胺))具有优良的光电特性,因此适合用作钙钛矿太阳电池中的空穴传输材料来提升器件性能.然而,这些材料的疏水特性导致难以形成致密且高质量的钙钛矿薄膜.此外,即使通过一些方法实现载流子传输层与钙钛矿膜之间的接触,但界面处也会存在严重的载流子复合.同时,这样制备出的粗糙钙钛矿薄膜会导致后续沉积在钙钛矿薄膜上的电子传输层的非均匀覆盖.因此,在疏水载流子传输层上实现良好钙钛矿薄膜沉积以获得优良器件性能仍然具有很大挑战性.在本研究中,利用PbI2进行锚固工程被证明是一种简便、绿色且有效的方法,可有效解决疏水载流子传输层浸润性问题.通过本方法,钙钛矿薄膜质量和器件性能得到了显著提高,并获得了效率高达19.53;的器件.同时,本方法也普遍适用于其他疏水的载流子传输层,进而制备优异的钙钛矿薄膜,这为高性能钙钛矿太阳电池的发展提供了一种可行策略.     

FeCl3模板辅助法由质子盐制备氮、硫、铁三掺杂碳纳米片及其催化氧还原反应

作为一种新型能源技术,燃料电池具有能源转化效率高、燃料可再生、运行安全清洁等优点,因而在应对全球持续增长的能源、环境问题方面受到广泛的研究.但是,燃料电池的阴极氧还原反应(ORR)存在动力学缓慢的固有特性,其反应过电位高,需要在催化剂的辅助下才能顺利发生反应并提供足够的电极电势.目前ORR催化性能最优的是铂基催化剂,但其存在着资源稀缺、价格昂贵、循环寿命差等缺陷,这也是制约燃料电池商业化应用的主要因素.因而要想实现燃料电池的大规模应用,寻找新的可替代铂基催化剂、且储量丰富、价格低廉的优秀ORR催化剂成为了研究的热点.近几年来,杂原子掺杂的碳材料以其价格低、催化性能卓越、优异的稳定性和抗甲醇性能等优点,逐渐发展成为最有前景的ORR催化剂.本文以FeCl3为模板和铁源,质子盐对苯二胺(PPS)为碳、氮、硫源,采用简单的一步中和法制备氮、硫、铁三掺杂的二维介孔碳纳米片催化剂(NSFC).TEM和BET结果显示,FeCl3不仅起到了二维模板的作用,同时在热处理过程中与无定形碳发生作用形成了丰富的介孔,大大提高了材料的比表面积和结构开放性,为ORR反应提供了反应场所.XPS结果显示,质子盐中和合成法不仅有效地简化了NSFC的合成步骤,而且能够灵活地控制材料的元素组成,实现了氮和硫的原位掺杂,有效构筑了杂原子掺杂活性位;同时FeCl3也为催化剂材料引入了Fe元素,进而形成催化活性更加优异的Fe-Nx活性位.电化学测试结果表明,通过调整FeCl3和PPS的比例,NSFC-3催化剂材料在结构形貌和表面功能达到了同时最优化,获得了与商业30 wt%Pt/C可比的催化性能,其起始电位和极限电流密度分别达到了–0.03 V和5.05 mA/cm2,同时NSFC-3具有优于商业30 wt%Pt/C的催化选择性、稳定性和抗甲醇性能.这源于稳定的二维纳米片层结构、丰富的表面介孔结构、大的比表面积和活性位点暴露率以及多种催化活性位点的协同催化效应.     

溶液法铝诱导晶化多晶硅薄膜

介绍了一种基于溶液的廉价制备Al诱导晶化多晶硅薄膜的方法. 先以低压化学气相沉积(LPCVD)方法制备50 nm厚的非晶硅(amorphous silicon, a-Si)薄膜作为前驱物, 通过旋涂的方法, 将含有Al的盐溶液涂覆在a-Si薄膜表面, 550-620 ℃下氮气氛围退火若干小时得到多晶硅薄膜. 文中针对化学诱导源的种类、前驱物表面状况对晶化效果的影响进行了研究. 发现只有反应生成物中含有偏铝酸根(AlO-2)的碱性溶液才能发生诱导晶化, 而若Al溶液浓度过低, 则不能得到连续的多晶硅薄膜. a-Si表面若附有薄氧化层会有利于Al盐溶液在表面上的粘附以及得到大尺寸的晶粒, 然而又会增高退火晶化所需要的温度. 同时溶液在薄膜表面的粘附状况还会受到溶液中存在的其它离子的影响. 因此必须选用合适的实验条件.     

格子Boltzmann模型的改进与流体力学方程

流体的流动可以看成是分子以上水平的粒子基本运动组合而成,任何一个粒子系统的Hamiltonian都是由动能和势能这两部分所组成.借助于Hamiltonian建立了微观粒子和宏观流体之间的能量守恒准则,发展了一个适合于热流场数值模拟的格子Boltzmann模型.从该模型可以还原出宏观的流体力学方程,所得动量方程的黏性输运项除了具有Navier-Stokes黏性力的特征外还与非定常的、非线性的动量通量和非定常的内能相关.用该模型对Benard热对流进行了数值模拟,很好地再现了Benard cell,并且克服了热格子Boltzmann模型数值稳定性差的不足.     

EEMD、CEEMD算法与SVM在SST时间序列研究中的应用

海洋表面温度(SST)具有非线性、非平稳等特征,给处理和预测带来了很大的困难.将集合经验模态分解(EEMD)、改进的集合经验模态分解(CEEMD)与支持向量机(SVM)方法相结合,实现了对东北太平洋月平均海温距平序列(SSTA)的预测:首先应用EEMD或CEEMD方法将SST数据分解为多个本征模态函数(IMFs),然后应用SVM算法对各IMFs进行拟合、预测,最后对各IMFs预测结果叠加重构得到预测结果.EEMD-SVM和CEEMD-SVM数值模拟结果显示,预测最大误差小于0.25℃,并且CEEMD-SVM预测效果更好,为SST实际预测提供了参考.     

基于结构元的模糊值函数曲面积分

针对扩张原理在模糊值函数曲面积分中的遍历性问题,结合实际应用背景给出了模糊值函数第一型曲面积分的概念及其结构元表示.通过将二维模糊点和模糊结构元的定义推广到三维空间中,给出了模糊值函数第二型曲面积分的定义及其结构元表示.研究结果不仅丰富了模糊分析学理论,而且为具有不确定性因素的工程实践提供了方法依据.     

衬底温度对氢化微晶硅锗薄膜生长的影响

采用VHF-PECVD技术在玻璃衬底上沉积微晶硅锗薄膜.研究了衬底温度对微晶硅锗薄膜的微结构和光电特性的影响.结果表明:随着衬底温度的升高,微晶硅锗薄膜的生长速率减小,(220)晶向强度增强;而同一衬底温度下,锗浓度的增加将抑制薄膜(220)晶向的生长,通过相应地提高衬底温度可以解决这一问题.利用生长基团在薄膜生长表面的扩散理论对实验结果进行了解释.     

EDTA对太阳电池用纳米上转换材料性能的影响

采用水热法合成了 Er单掺或Yb、Er共掺的NaYF4纳米上转换材料.研究了螯和剂乙二胺四乙酸二钠(EDTA)对材料性能的影响.扫描电镜和透射电子显微镜的结果表明:EDTA引起制备的上转换材料颗粒离散化,颗粒基本为球形,粒径约为40 nm左右.X射线衍射的结果表明:EDTA的加入改变了材料的晶相,有助于上转换换效率的增强.