中空碳双面修饰的隔膜在高性能锂硫电池中的应用

为减少多硫化锂(LIPs)“穿梭效应”及锂枝晶对锂硫电池的影响,采用刮涂法制备中空碳材料修饰隔膜。接触角测试表明修饰隔膜对LIPs具有更强的吸引力,其对LIPs“穿梭”的有效抑制也可以通过渗透性实验进一步得到印证。在隔膜的正极对称电池测试中,电流响应显示中空碳材料的催化使LIPs快速转化为Li₂S。通过隔膜的负极对称电池测试发现修饰隔膜呈现出更稳定的电压-时间曲线。为证明隔膜修饰对锂硫电池性能改进的效果,分别采用聚丙烯(PP)隔膜、单面改性和双面改性的PP隔膜组装成纽扣电池并进行电化学测试,其中电极材料的硫负载量为1.8~2.0 mg·cm^-2。GITT(恒电流间歇滴定法)测试和锂离子扩散系数计算表明,改性隔膜的离子传输更快且阻抗较小。通过分析第1、5、10、50及100次的充放电循环阻抗谱图发现,中空碳材料的多通道能够为锂离子的传输提供更多的通道,因此能够使锂离子具有更加稳定的扩散行为。在电流密度为0.2C时,由双面改性隔膜组装的锂硫电池在首次充放电时有1 035 mAh·g^-1的可逆比容量,700圈后仍有500 mAh·g^-1的高比容量,并在高硫负载时表现出500 mAh·g^-1的可逆比容量。双面修饰隔膜赋予了锂硫电池优异的电化学性能,这是由于中空碳材料的修饰加速了LIPs的转化和吸附,有效缓解了LIPs的穿梭效应,且对锂枝晶有很好的抑制作用,提高了锂硫电池的安全性。     

基于阴离子交换策略的自供能生物传感平台超灵敏检测肝素

基于生物燃料电池的自供能生物传感器,目标物浓度直接与生物燃料电池的输出信号成比例关系,因此,自供能生物传感平台具有无需额外电源、装置简单、利于微型化、抗干扰能力强等突出优势。但是,生物燃料电池中常用的生物催化剂易失活,导致自供能生物传感器性能不佳。本研究采用分子印迹多孔金阳极为生物阳极,实现对葡萄糖的选择性催化,以Fe(CN)₆^3-/聚咪唑鎓盐(Pim)/还原氧化石墨烯复合物Fe(CN)₆^3-/Pim/rGO为生物阴极,构建生物燃料电池,集成阴离子交换策略与分子印迹技术,发展了一种基于生物燃料电池的自供能生物传感方法,实现了肝素(Hep)的超灵敏检测。当无目标分子Hep存在时,基于生物燃料电池的自供能生物传感器可获得较高的开路电压与输出功率;加入Hep后,由于聚合物Pim对Hep的亲和性远大于Fe(CN)₆^3-,导致Fe(CN)₆^3-从复合物Fe(CN)₆^3-/Pim/...     

多孔硅表面的激光解吸离子化质谱

多孔硅表面的解吸离子化质谱是一种新的生物质谱分析方法。克服了MALDI-TOF-MS中的基体干扰,适合进行了小分子分析。提出了新的样品制备方法,可以扩大测定范围,消除吸附杂质的干扰。发现该方法与多孔硅的光致光特性及表面疏水性无关。具有纳米结构的多孔硅作为该方法中能量的接收器。利用DIOS方法分析了氨基酸、肽、蛋白、糖等样品。此方法用于环糊精合成产物的分析,也得到了较好的结果。     

超疏水多孔阵列碳纳米管薄膜

碳纳米管由于具有特异的力学[1] 、光学[2 ] 、电学[3,4 ] 和磁学性质[5] ,使其在锂离子电池[6 ] 和平板展示器[7] 等方面呈现出广泛的应用前景 .Ebbesen等[8] 对无序碳纳米管材料的浸润性进行了详细研究 ,发现其很容易被水润湿 .然而 ,阵列碳纳米管膜的浸润性研究尚未见报道 .固体表面的浸润性主要由表面化学组分和几何结构两方面控制 .通常 ,加大表面粗糙度可以增强其浸润性 [9～ 16 ] .近来 ,超疏水表面 (即与水的接触角大于 1 5 0°的表面 )的研究显示了广泛的应用背景[13～ 16 ] .这种表面通常可由增加表面粗糙度和降低表面能来制备[1…     

表面键联型TiO2／SiO2固定催化剂的结构及催化性能

采用浸渍法制备了表面键联型TiO2/SiO2固定化光催化剂。XRD,FT－IR,XPS和BET比表面积测定结果表明,TiO2通过Ti-O-Si联结负载于多孔硅胶的表面,由此提出TiO2/SiO2的结构模型,考察了多孔硅胶的粒度及氧化钛负载量对催化剂活性的影响,对活性艳红K－2G（R15）的光催化脱色反应,最佳的光催化剂30％TiO2/SiO2（Ims30)比B－TiO2粉末的催化速率快3倍,随着载体粒度的减小,催化剂的比表面积增大,催化活性升高;多孔硅胶不仅起着支持体的作用,而且具有分散的作用;多孔硅胶具有很好的透光性,经ζ－电位测定,所制备催化剂的等电点为3.0pH单位,表明催化剂表面呈酸性。     

表面键联型TiO2/SiO2固定化催化剂的结构及催化性能

 采用浸渍法制备了表面键联型TiO2／SiO2固定化光催化剂．XRD\r\n,FT－IR,XPS和BET比表面积测定结果表明,TiO2通过Ti－O－Si联结\r\n负载于多孔硅胶的表面,由此提出TiO2／SiO2的结构模型．考察了多孔\r\n硅胶的粒度及氧化钛负载量对催化剂活性的影响．对活性艳红K－2G（\r\nR15）的光催化脱色反应,最佳的光催化剂30％TiO2／SiO2（Ims30）比\r\nB－TiO2粉末的催化速率快3倍．随着载体粒度的减小,催化剂的比表面\r\n积增大,催化活性升高;多孔硅胶不仅起着支持体的作用,而且具有分\r\n散的作用;多孔硅胶具有很好的透光性．经ξ－电位测定,所制备催化\r\n剂的等电点为3．0pH单位,表明催化剂表面呈酸性．     

柚子皮衍生的分级多孔碳作为高性能超级电容器的电极材料

使用CTAB作为软模板,水热处理柚子皮,再以碳化和KOH活化过程得到了分级多孔碳(HPC),这种分级多孔碳材料的比表面积高达1 813 m~2·g~(-1),相比于没有水热步骤制备的多孔碳(PC),拥有更加丰富的介孔结构和更大的比表面积。XPS分析结果表明HPC的氧掺杂量更高,会比PC贡献更大的赝电容。三电极测试体系中,HPC的比电容达到285 F·g~(-1)(0.5 A·g~(-1),1 mol·L~(-1)KOH)。同时,组装的两电极对称超级电容器拥有很好的倍率性能,循环12 000次充放电后,比电容依旧保留99%。HPC拥有这样优异的性能归结于较大的比表面积,高氧掺杂量和合理的孔径分布的协同作用。     

富氮洋葱碳包覆的Ni/NiFe2O4纳米棒析氧电催化剂

将镍铁金属配位聚合物前驱体在惰性气氛下热分解制备了富氮洋葱碳(ONC)包覆的Ni/Ni Fe_2O_4多孔纳米棒复合析氧电催化剂,与Ni@ONC,Ni Fe_2O_4材料及传统Ru O_2催化剂相比,得益于这种富氮洋葱碳包覆的Ni/Ni Fe_2O_4一维多孔纳米异质结构,Ni/Ni Fe_2O_4@ONC材料拥有更优异的导电性能和更大的电化学活性面积(0.149 m F),因而表现出更优异的析氧电催化性能。Ni/Ni Fe_2O_4@ONC纳米棒在1 mol·L~(-1) KOH溶液中,10 m A·cm-2下的析氧过电位仅为299 m V,塔菲尔斜率为73 m V·dec-1,展现出优异的析氧稳定性能。     

嵌入配位不饱和金属位对多孔芳香骨架材料储氢性能的影响

基于密度泛函理论(DFT)和巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟方法,系统地研究了引入配位不饱和金属位(CUS)对PAF-30n (n = 1–4)材料储氢性能影响的规律。结果表明,77 K下PAF-302MgO₂_PBE100的最大过量质量储氢量达到7.97% (w);77 K、10 MPa下100%醇镁功能化改性PAF-302和PAF-303的绝对储氢量分别达到9.9% (w) (65.9 g∙L^-1)和15.0% (w) (50.5 g∙L^-1),分别超过美国能源部(DOE)标准80% (64.8%)和173% (26.3%),均超过在相同条件下目前储氢性能最佳的NU-1101 (9.1% (w), 46.6 g∙L^-1)。即使在243 K、10 MPa下,其绝对质量和绝对体积储氢量也能分别达到5.13% (w)和34.19 g∙L^-1,占DOE质量与体积储氢标准的93.3%和85.5%,是目前为止常温储氢性能较为均衡的多孔材料之一。结合等量吸附热(Q_st)、径向分布函数(RDF)和质心几率密度分布(MCPD)方法进一步分析,发现有机链长度增加导致孔隙率增加和体积比表面积减小,是引起多孔材料绝对质量和绝对体积储氢量此消彼长的根本原因。另外,引入CUS能提高PAFs材料对H₂分子亲和力,显著增强其体积储氢量。     

离子型共价有机框架材料的合成及其催化性能（英文）

共价有机框架(COFs)材料是在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机晶体多孔聚合物.由于COFs材料具有较高的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性、可设计的孔结构以及容易修饰改性的特点,目前广泛用作催化剂或催化剂载体.COFs的构筑单体为有机小分子,其来源广泛且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.近年来对COFs的研究已经引起人们广泛关注.离子框架材料在气体分子的吸附与分离领域展示了良好性能,通过简单的离子交换过程,可以容易地将具有特定尺寸和功能的反离子引入到框架结构中来调控孔的尺寸大小,从而实现混合气体的有效分离.然而,在催化领域目前尚未见将具有特定催化功能的反离子基团引入到框架之中,研究离子框架材料的催化性能.本文设计合成了一种负电荷为骨架结构的离子型COFs材料.我们首先选取一种化学结构稳定的COF作为骨架前驱体,其中的单体具有可反应的活性基团酚羟基,然后通过与1,3-丙烷磺酸内酯进行开环反应,将烷基磺酸引入到孔中,经过弱碱处理后得到阴离子型COFs(I-COFs),然后通过简单的离子交换过程将具有催化活性的Mn2+以及[Mn(bpy)2]2+配位阳离子分别引入到COFs框架中,得到具有催化功能的新材料.我们考察了两种I-COFs对烯烃氧化制环氧化合物的催化性能,发现所得离子COFs对不同的反应底物均展示了较高的环氧化催化性能.结果证实了离子I-COF催化反应为多相催化,还表现出I-COFs催化剂具有较高的稳定性以及循环使用性能.我们认为,通过简单的离子交换过程,能够赋予I-COFs材料各种不同的功能,从而实现COFs在不同领域的应用.这为多孔材料的功能化设计提供了新的化学平台.