锌活化Fe/Co/N掺杂的生物质碳基高效氧还原催化剂

为了推动清洁能源-燃料电池的广泛应用, 迫切需要研发成本低、 原料来源广泛的过渡金属基高效氧还原反应(ORR)催化材料, 来替代目前使用的贵金属铂基催化材料. 本文以铁和钴等非贵金属离子作为催化材料的主要活性位点, 通过金属-羧基/羟基螯合键原位预锚定在具有三维(3D)孔道结构、 富含羧基和羟基以及极易在水溶液中形成凝胶网络的海洋生物质材料海藻酸钠上, 经冷冻干燥得到气凝胶; 然后通过高温碳化, 得到活性位点均匀分布在具有多级孔结构的碳骨架中的高活性、 高稳定的Co/Zn/Fe/N@bio-C-2氧还原催化剂材料, 该催化剂包含2种不同的铁基活性材料(Fe₂O₃和Fe)以及2种不同的钴基活性材料(CoO和Co).利用硝酸锌作为活化剂来改善催化材料的孔道结构, 使制备碳材料的总面积从149.3 m²/g增加到325.3 m²/g. 通过一系列对比实验发现, Fe/Co双活性位点与合适比表面积的协同作用使得Co/Zn/Fe/N@bio-C-2获得了最佳的ORR催化活性.其在0.1 mol/L KOH溶液中起始电位达到0.99 V, 半波电位可达0.87 V.     

基于链状SemSn(2≤m+n≤4)小分子的硒硫碳复合正极材料的制备及其电化学性能

将Se固溶复合到链状小硫分子S_2~4中,利用超微孔碳(UMC)的空间限域效应,在UMC中成功构建了链状Se_mS_n(2≤m+n≤4)小分子,并用作锂硫(Li-S)电池正极材料。与链状S_2~4小分子相比,改性后的Se_mS_n(2≤m+n≤4)小分子电导率更高,锂化能更低,放电锂化过程更容易。所制得的UMC/Se_mS_n(2≤m+n≤4)复合正极材料的放电过程为一步固相转化反应,从而有效抑制了活性物质的穿梭流失。与UMC/S_2~4复合正极材料相比,UMC/Se_mS_n(2≤m+n≤4)复合正极材料的电荷传递阻抗更小,放电比容量更高。因此,UMC/Se_mS_n-40(2≤m+n≤4,w_SeS2∶w_UMC=4∶6)复合正极材料在0.1C时循环100次后,比容量依然保持有844 mAh·g^-1;在0.5C下长时间循环500次时,每次循环容量损失仅约为0.07%,表现出优异的循环稳定性。     

多孔碳纳米纤维负载Pd纳米颗粒用于增强电催化氧还原性能

采用溶剂热法合成了以锆为金属核心、2-氨基为配体的锆基金属有机骨架(UiO-66)纳米材料,通过静电纺丝技术制备出UiO-66自由分散的聚丙烯腈(PAN/UiO-66)纤维,可控热解得到多孔碳纳米纤维(porous carbon nanofibers,PCNFs),结合湿化学还原法在PCNFs表面沉积Pd纳米颗粒,得到PCNFs@Pd复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射技术对其形貌、组成、结构进行表征;采用电化学工作站分别测试了PCNFs@Pd在0.1 mol·L^-1KOH和0.1 mol·L^-1HClO₄电解质中氧还原性能(oxygen reduction reaction,ORR)。结果表明,在PAN纤维中添加UiO-66显著提高了PCNFs@Pd(Pd负载量为0.34%)复合材料的ORR性能。相比40%Pt/C,在碱性电解质中,PCNFs@Pd复合材料展示出更低的Tafel斜率、更优异的循环稳定性和耐甲醇中毒性。在酸性电解质中也表现出类似20%Pt/C的催化活性和循环稳定性。     

用于高性能锂硫电池的二维氮硫共掺杂多孔碳纳米片的快速合成

本工作基于工业炼油产品沥青,开发了一种无金属、氮和硫共掺杂多孔碳纳米片（NSPC）的合成方法。获得的多孔碳纳米片具有高比表面积（339 m²·g^-1）和优异的固硫能力。同时,高含量氮、硫共掺杂可以有效增强碳材料的导电性,同时促进多硫化物的高效催化转化。通过熔融法固硫后,制备得到的NSPC/S电极具有较高的比容量和优异的循环稳定性（在0.6C电流密度下,200次循环后容量为762 mAh·g^-1）,实现了高含量氮和硫共掺杂的二维多孔碳材料的快速批量生产并用于高性能锂硫电池正极材料。     

Fe/Cu修饰氮掺杂碳纳米管的构筑及催化性能

通过简单的原位化学合成法结合离子交换法制备了Cu修饰氮掺杂碳（Cu-N-C）和Fe/Cu修饰氮掺杂碳纳米管（Fe/Cu-N-C/CNT）,并系统评估了2种催化剂作为染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cells,DSSCs）对电极在I₃^-/I^-体系中的电化学特性和光伏性能。采用X射线衍射（XRD）、拉曼（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和场发射扫描电镜（FESEM）对合成的催化剂进行组分和形貌表征。结果表明：纳米管状的Fe/Cu-N-C/CNT的石墨化程度比纳米颗粒状的Cu-N-C更高,更有利于I₃^-还原反应中电荷的传输。光伏性能测试结果表明：基于Fe/Cu-N-C/CNT对电极的DSSCs的光电能量转换效率（power conversion efficiency,PCE）达到7.55%,高于相同测试条件下Cu-N-C（6.99%）和Pt（6.76%）对电极的PCE。50圈连续循环伏安测试结果表明：Fe/Cu-N-C/CNT催化剂具有比Cu-N-C更好的电化学稳定性。     

多相固体催化剂用于甘油氧化制乳酸研究进展

随着新的全球气候协议下的中国双碳行动计划的实施, 开发和利用可再生生物质资源显得极为重要. 甘油作为生物柴油在生产过程中的主要副产物, 将其催化转化成各种高附加值衍生物受到广泛关注, 其中甘油选择性氧化为乳酸具有巨大的应用前景. 近年来, 采用固体催化剂催化氧化甘油制乳酸成为国内外学者研究的热点. 我们综述了固体催化剂用于甘油催化转化制备乳酸的研究现状, 对甘油催化转化为乳酸的反应途径做了分析, 并讨论了影响催化剂活性的因素, 对当前所存在的问题提出建议, 也对未来相关催化剂制备发展进行了展望.     

木质素β-O-4单元的光化学和电化学降解:醚键断裂反应的一种应用*

醚键断裂反应既是有机化学的重要教学内容,又在现实世界中具有广泛应用。木质素是一类重要的生物质资源,其降解核心为碳-氧键断裂反应体系,具有重要的研究价值。对木质素β-O-4单元利用光化学和电化学降解的最新科研进展进行总结,可为醚键断裂反应的教学提供应用案例,拓展学生科学视野。     

石墨基液流电池复合双极板

液流电池是一种安全性高、使用寿命长、可扩展的大规模储能系统,可以协助电网调峰储能,提高能源利用率,发展前景广阔。双极板是液流电池的重要组成部分。功能上起到了分隔、串联电池、传导电流、为电堆提供结构支撑等作用。从成本构成角度看,双极板的价格占电堆成本的比重也较大。开发高性能、低成本的双极板对加快液流电池的商业化应用具有重要意义,也是目前业界的迫切需求。虽然文献上报道了许多针对液流电池双极板开发的工作,但是目前高性能、低成本的液流电池双极板产品仍无法充分满足市场需求。本文着重介绍了石墨基复合双极板的研究现状,介绍了材料选择、工艺流程对关键性能的影响,对相关工作进行了评述,并为液流电池双极板的开发提出了建议。     

微乳液法制备介孔碳材料

介孔碳材料因具有高比表面积,规则的孔隙结构,低密度,良好的生物相容性及导电性,被广泛应用于催化、能量储存及转化、吸附分离和药物递送等领域。微乳液法具有制备工艺简便、环境友好、可大规模生产及产物结构可控性强等突出优势,在制备孔隙结构可控和特殊形态介孔碳方面取得突破性的进展。本文首先着重分析了微乳液法制备介孔碳的反应机理,包括微乳液诱导协同组装机制、乳液溶胀效应和微流控液滴技术。其次,进一步探讨了控制介孔碳材料孔隙形态、外部形貌及内部结构的影响因素。最后,对新型介孔碳材料在能源储存与转化、催化、吸附以及药物递送领域的应用进行了归纳,并对未来的发展提出了展望。     

基于碳点的发光材料在潜在手印显现中的应用

遗留在犯罪现场的肉眼不可见的潜在手印是一类重要的痕迹物证,检验鉴定前需要使用一定技术手段将其显现出来。近年来,一些新材料和新技术的引入为手印显现技术的革新注入了新活力,其中稀土发光材料、量子点、荧光金属纳米簇等发光材料在该领域展现出极大潜力。碳点作为具有良好光致发光性能的新型纳米材料,近来逐渐引起了手印显现领域研究人员的广泛关注。本文综述了两类基于碳点材料的手印显现技术国内外研究进展,分别是液体分散碳点用于手印显现和固态发光碳点用于手印显现。具体来说,液体分散碳点显现手印的原理主要基于传统小微粒悬浮液机理或一些特殊效应(咖啡环效应、界面偏析效应);用于手印显现的固态发光碳点包括固态碳点粉末和固态碳点复合粉末两类,合成这些材料时研究人员采用了不同的策略。最后,从三个方面分析了碳点在手印显现应用中面临的问题,即碳点物理形貌和表面性质、碳点光致发光性质以及碳点显现过程与化学生物分析兼容性,并就解决问题的可能途径提出了展望。