铂合金氧还原催化剂:合成、结构和性能

质子交换膜燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的装置,它具有转化效率高、能量密度高、低温启动、易于操作等优点,因而被认为是最具发展前景的新能源利用方式,在电动汽车、便携电源及分散式电站有着广泛应用.但是,目前质子交换膜燃料电池技术的发展面临着巨大挑战,主要问题包括高成本、低功率密度和低寿命.众所周知,质子交换膜燃料电池中的阴极氧还原反应在酸性条件下是一个复杂的四电子过程,动力学速度缓慢,限制了电池的最终性能.目前大量使用的阴极氧还原催化剂是细小的铂或铂合金纳米颗粒负载在碳载体上,其成本占燃料电池总成本的比例最大.制约燃料电池商业化发展的另一个重要问题是电池寿命低,其中氧还原催化剂的稳定性是决定电池寿命的主要因素.在这样的研究背景下,如何降低催化剂中铂的用量、提高催化剂活性和稳定性显得尤为重要,这也是近年来国内外学者研究的热点.在铂基合金催化剂中,通常采用过渡金属元素作为掺杂元素,由于原子半径不匹配(几何效应)以及电子结构不同(电子效应),合金催化剂表现出优于纯铂催化剂的催化性能.近几年,对于铂基合金催化剂的研究已取得重大进展,以合金组成和结构研究为基础,通过精确控制原子结构、调控表面电子状态以及制备工艺,获得了各种特殊形貌的催化剂,大大提高了催化活性.本文深入综述了近年来铂基合金氧还原催化剂制备、形貌和性能,特别关注了催化剂形貌和催化活性之间的关系.值得注意的是,具有有序原子排列的铂合金催化剂不仅在半电池中表现出优异活性,在实际质子交换膜燃料电池中也显示了很好的活性和稳定性.另一方面,碳载体的形貌及微观结构也对提高催化活性和稳定性起到决定性作用,通过化学手段加强金属纳米颗粒与碳载体之间的相互作用也是提高催化剂稳定性的重要途径.尽管铂基氧还原催化剂在近几年取得了重要进展,但在实际商业化过程中还存在诸多挑战,本文在综述进展的基础上,对铂基催化剂的发展提出了展望.首先,对于氧还原反应机理仍需要深入研究,采用更加精确的理论模型模拟氧还原动力学过程,以获得影响催化活性的关键因素.其次,提高催化剂在膜电极中的催化活性和利用率.目前,氧还原催化剂在半电池测试中性能优异,但是实际燃料电池操作条件下其性能远不能达到要求,这与膜电极、催化剂层及扩散层结构相关.因此,基于不同铂基催化剂的特性,合理设计膜电极组件的结构是将催化剂进行实际应用的基础.最后,催化剂的稳定性仍需进一步提高,尽管目前大部分催化剂在实验室半电池研究中表现了很好的稳定性,但在实际燃料电池中的稳定性研究还不足,而且对催化剂在膜电极中性能衰退机理的研究也非常有限.因此,对于铂基氧还原催化剂的研发仍需要国内外科研工作者不懈的努力.     

三氟乙酸酐(TFAA)促进的Stieglitz重排反应制备苯胺

本工作使用简单易得的三氟乙酸酐作为活化试剂,拓展了Stieglitz重排反应的底物适用范围,发展了一种通过C—C键断裂由苯乙基羟胺制备芳基伯胺的方法.该反应条件较为温和且对官能团具有较好的兼容性.机理研究表明,反应经历了活性三氟乙酸酯中间体的原位生成,并通过C—C和N—O键的断裂实现芳基迁移的过程.     

一种天线分子与卟啉染料自组装在染料敏化太阳能电池中的应用

以卟啉分子H2-pTCPP作为基础染料,通过配位自组装的方法将天线分子S3修饰到染料结构中。结果表明经天线分子修饰后染料敏化太阳能电池器件的整体性能得到了极大的改善。天线效应有效地提高了器件的光子捕获能力,光电流得到了显著的提高,并且电荷复合行为也得到了明显的抑制。基于H2-pTCPP的电池器件显示了1.18%的转换效率,而经过天线分子修饰后的Mn-pTCPP+S3显示了2.64%的转换效率,性能提高了1.2倍。     

香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用简易浸泡法和一步碳化/活化法制备香菇生物质基氮掺杂微孔碳材料(NMCs),利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对材料的结构形貌进行表征,并研究了其超级电容特性。测试结果表明,NMCs的微孔比表面积高达1 594 m~2·g~(-1),且拥有更高数量的含氮官能团,其吡啶型含氮官能团比例也有所提高,展现出优异的超级电容特性。在0.5 A·g~(-1)的电流密度下,其比容量高达325 F·g~(-1),当电流密度上升到20 A·g~(-1)时,其比电容仍然高达180 F·g~(-1),表现出优异的倍率性能;同时,在5 A·g~(-1)的电流密度下,电极经历5 000次充放电循环后具有97.7%的比容量保持率,展现出优异的循环稳定性。这主要归因于NMCs超高的微孔比表面积和丰富的含氮官能团。     

Modification of Hole Transport Layers for Fabricating High Performance Non‐fullerene Polymer Solar Cells

Interfacial engineering is expected to be a feasible strategy to improve the charge transport properties of the hole transport layer (HTL), which is of crucial importance to boost the device performance of organic solar cells (OSCs). In this study, two types of alcohol soluble materials, 2,3,5,6‐tetrafluoro‐7,7,8,8‐tetracyanoquinodimethane (F₄‐TCNQ) and di‐tetrabutylammoniumcis–bis(isothiocyanato)bis (2,2’‐bipyridyl‐4,4’‐dicarboxylato) ruthenium(II) (N719) dye were selected as the dopant for HTL. The doping of F₄‐TCNQ and N719 dye in poly (ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) with and without integrating a graphene quantum‐dots (G‐QDs) layer has been explored in poly[[2,6′‐4‐8‐di(5‐ethylhexylthienyl)benzo[1,2‐b:3,3‐b]dithiophene][3‐fluoro‐2[(2‐ethylhexyl)carbonyl]thieno[3,4‐b]thio‐phenediyl:(2,2′‐((2Z,2′Z)‐(((4,4,9, 9‐tetrakis(4‐hexylphenyl)‐4,9‐dihydro‐s‐indaceno[1,2‐b:5,6‐b′]dithiophene‐2,7‐diyl)bis(4‐((2‐ethylhexyl)oxy)thiophene‐5,2‐diyl))bis(methanylylidene))bis(5,6‐difluoro‐3‐oxo‐2,3‐dihydro‐1H‐indene‐2,1‐diylidene))dimalononitrile (PTB7‐Th:IEICO‐4F) OSCs. The power conversion efficiency of the non‐fullerene OSCs has been increased to 10.12% from 8.84%. The influence of HTL modification on the nano‐morphological structures and photophysical properties is analyzed based on the comparative studies performed on the control and modified devices. The use of chemical doping and bilayer strategy optimizes the energy level alignment, nanomorphology, hole mobility, and work‐function of HTL, leading to considerable reduction of the leakage current and recombination losses. Our work demonstrates that the doping of HTL and the incorporation of G‐QDs layer to constitute a bilayer HTL is an promising strategy to fabricate high performance non‐fullerene polymer solar cells     

Construction of mixed carboxylate and pyrogallate building units for luminescent metal-organic frameworks

A metal-organic framework,Ce-FDM-50,was constructed by employing gallic acid featuring both carboxylate and pyrogallate as the coordinating sites and Ce(Ⅲ).The co-assembly of the carboxylates and pyrogallates with two metal ions have achieved a new type of paddle wheel secondary building unit.These building units were further joined by organic struts to obtain frameworks in sql topology.This synthetic approach could be expanded to five different lanthanide metals(Nd,Eu,Gd,Tb,Yb)for the construction of a series of isoreticular MOFs based on FDM-50,and even MTV-MOFs in which mixed lanthanide metals with specific ratios were distributed.In addition,featuring the lanthanide metals as the inorganic nodes in the network,Tb-FDM-50 showed distinct luminescence properties that could be furtherly tuned for variable applications.     

教学评一致性视域下金属单元复习课的实践*

分析金属知识在中考和教材中的地位,针对当前单元复习教学中存在的问题,依据教学评一致性原则,将“金属知识”的单元复习在“订书钉”为主要线索的探究活动中展开,以此激发学生的学习兴趣,优化学生单元知识结构,发展学生分析问题、解决问题的能力,同时提高学生对学科价值的认识。     

一种基于分子内质子转移发色团的硫化氢荧光探针的合成及其生物成像研究

硫化氢在许多生理过程中扮演十分重要的角色,因此检测和成像生物体内的硫化氢具有十分重要的意义。该研究成功制备了一种基于分子内质子转移发色团的硫化氢荧光探针(DHCD)。在PBS-DMSO(磷酸盐-二甲基亚砜,99∶1,体积比,pH 7.45)缓冲溶液中,DHCD的荧光强度与NaHS的浓度在0～10μmol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.84μmol/L。该探针对硫化氢的响应具有较大的Stokes位移(～165 nm)、高灵敏度和选择性。此外,合成的探针拥有良好的细胞渗透性和低的毒性,可用于HeLa细胞中硫化氢的荧光成像,在生物分析中具有潜在应用价值。     

有机电极材料固定化策略

有机电极材料因其理论比容量高、低成本、环境友好以及分子结构可设计性强等特点,有望成为下一代可持续和多功能能量储存设备的有效电极材料。然而,根据“相似相溶”原理,该类材料极易溶解在有机电解液中,导致电池容量衰减快、循环稳定性和倍率性能也较差。目前已有许多研究致力于通过“固定化”过程解决有机电极材料的溶解问题。本综述针对有机电极材料的固定化策略展开评述,介绍了有机电极材料的固定化机理,以及各种固定化策略在不同种类有机电极材料中所起的作用,指出了有机电极材料面临的挑战,并对未来的研究和改进方向进行展望。     

大气颗粒物中棕色碳的化学组成、来源和生成机制

大气颗粒物中棕色碳(BrC)在近紫外波段具有强吸光性,并因其显著的气候效应被广泛关注。BrC组成、来源、演变和光学性质的不确定性是造成气候模型估算气溶胶辐射强迫不确定性的重要因素。本文综述了大气颗粒物中BrC的化学组成、来源和生成机制,聚焦分子水平上BrC组成、二次生成机制和吸光间的关联。大气颗粒物中BrC的主要类别包括有机溶剂(甲醇)提取的碳质组分、水溶性有机碳及类腐殖质; 分子水平上,硝基芳香烃和含氮杂环有机物是BrC的主要发色团。BrC的来源包括生物质等不完全燃烧一次排放和挥发性有机物氧化二次生成; 二次生成途径主要包括人为源芳香烃氧化生成硝基芳香烃等含氮组分、羰基化合物与铵/胺反应生成含氮杂环组分或低聚物。前体物和反应条件影响二次生成BrC的组成和吸光性质; BrC在大气传输过程中还会发生“光漂白”现象。在分子水平上识别和阐明BrC的发色团、二次生成机制及其演变过程是未来该领域的重点研究方向。