氮掺杂有序介孔碳-Ni纳米复合材料的制备及电化学性能

以F127为模板剂,Ni Cl2为镍源,尿素为氮源,间苯二酚甲醛原位聚合树脂为碳源,分别采用均相法和两相法制备Ni-NOMC-1,Ni-N-OMC-2纳米复合材料。X射线衍射(XRD)、激光拉曼以及透射电子显微镜(TEM)等测试结果表明,复合材料具有有序介孔结构,Ni以金属微粒形式嵌于碳骨架中,提高了有序介孔碳的石墨化程度。X射线光电子能谱测试(XPS)表明尿素热解后以4种形式存在:sp3杂化与C结合的N原子,吡啶N原子,sp2杂化与C结合的N原子以及quaternary-N原子。Ni-N的共改性改变了碳载体的理化性质,有利于Pt纳米粒子的负载与分散。均相法制备的Ni-N-OMC-1复合材料微波负载Pt后,氧还原极限电流密度为5.32 m A·cm-2,氢氧化电化学活性面积高达138.53 m2·g-1,电化学催化活性优于商业20%Pt/C材料(4.49 m A·cm-2,96.98 m2·g-1)。     

含氮前驱体对氮杂有序介孔炭材料及其氧还原电催化性能的影响

燃料电池中贵金属铂的大量使用是阻碍其发展的关键因素,亟需探索高效廉价的替代型电催化剂.在目前的替代型非贵金属催化剂研究中,氮杂炭材料是一类氧还原反应催化活性最好、成本最低廉的催化剂,被认为是最有可能取代Pt催化剂而获得实际应用的催化剂.氮杂有序介孔炭材料因具有极高的比表面积和规整的孔道结构,可实现活性位点的密集组装与反应物料的快速传输,受到研究者的广泛关注.本文分别以苯胺、吡咯和邻菲罗啉为含氮前驱体,介孔分子筛SBA-15为硬模板,采用纳米浇铸法成功制备了具有高比表面积的氮杂有序介孔炭材料,系统研究了不同含氮前驱体对氮杂有序介孔炭材料的影响.采用氮气吸附-脱附等温线、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法研究了氮杂有序介孔炭的组成与结构,采用循环伏安法(CV)以及线性扫描伏安法(LSV)等手段考察了其电化学行为与氧还原反应极化性能.氮气吸附-脱附等温线结果表明,采用三种不同含氮前驱体制备的氮杂炭材料都对应Ⅳ型吸脱附等温线以及H4型滞后环,表明所制备的氮杂炭材料具有介孔结构.由TEM可以清楚地观察到氮杂炭材料已经成功地反转了SBA-15模板的孔道结构.同时发现,含氮前驱体对氮杂炭材料的比表面积和孔结构产生较大影响:以吡咯和邻菲罗啉为前驱体制备的炭材料C-PY-900和C-Phen-900的比表面积较高,分别为765和746 m2/g,而以苯胺为前驱体制备的炭材料C-PA-900比表面积较小(569 m2/g);三种炭材料平均孔径大小顺序为C-Phen-900 (3.7 nm)＜ C-PY-900 (5.0 nm)＜ C-PA-900 (5.9 nm),这是由于不同含氮前驱体在高温焙烧过程中热分解行为不同所致.XRD结果发现,含氮前驱体对氮杂炭材料的晶型基本没有影响,均为无定形碳.XPS结果表明,采用苯胺、吡咯以及林菲啰啉为前驱体制备的氮杂炭材料中氮含量基本相同,分别为3.13 at％,3.32 at％和3.33 at％,说明在相同热解条件下材料中的氮含量基本不受前驱体的影响,但不同配位环境的氮含量以及氮活化碳原子的含量却有较大差异,其氮活化碳原子的相对含量分别为15.60％,19.87％和23.04％.电化学测试结果表明,三种氮杂介孔炭材料的氧还原反应电催化活性顺序为C-PA-900＜C-PY-900＜C-Phen-900,其H2O2产率低于30％,说明氧还原反应经历4电子转移路径.在碱性条件下,所制氮杂有序介孔炭材料C-PY-900和C-Phen-900表现出较商品Pt/C催化剂更加优异的氧还原反应电催化性能.综上可见,通过改变含氮前驱体的类型可以有效调变氮杂炭材料的比表面积、孔道结构以及N 1s与C 1s化学态,从而调控氧还原反应活性,本文不仅制备出高活性的非贵金属氧还原电催化剂,同时也为高活性炭基电催化剂的可控制备提供了思路.     

有序介孔碳固相微萃取涂层测定水中氯苯类有机污染物

采用溶剂挥发自组装结合提拉法,在石墨纤维表面制备有序介孔碳(Ordered mesoporous cabon,OMC)涂层,并开展其对水中氯苯类有机污染物的固相微萃取(SPME)测定.扫描电镜(SEM)结果显示,制备的OMC涂层完整,与基体结合紧密,厚度约为7μm.透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和氮吸附脱附结果证实,OMC涂层具有规整二维六方特征,比表面积和孔容分别为369.7 m2/g和0.28 cm3/g.以氯苯类污染物为分析对象,采用顶空固相微萃取与氢火焰气相色谱联用法对OMC涂层的萃取性能进行全面的评价,优化萃取时间和温度、解吸时间、搅拌速率、离子强度及顶空体积等萃取条件,并与商品化涂层进行比对.结果表明,最佳萃取条件为:萃取时间30 min,萃取温度50℃,脱附时间2 min,盐浓度0.35 g/mL,顶空体积15 mL.在最佳萃取条件下,检出限在0.05～0.15 μg/L之间;在1～1000 μg/L线性范围内,线性关系良好;7次平行样测定的相对标准偏差为4.1％ ～6.4％.制备的OMC涂层的峰面积是商用聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(Polydimethylsiloxane/divinylbenzene,PDMS/DVB)涂层的2倍,商用聚丙烯酸酯(Polyacrylate,PA)涂层的18倍.将此涂层应用于两种实际水样中,4种氯苯均未检出,添加浓度为20 μg/L时,样品回收率分别为99.4％～114.5％和92.3％～ 97.0％.     

α-Cu_2Se精细结构的球差校正扫描透射电镜表征

目前学界对Cu_2Se低温α相的结构仍未认识清楚,而解决这一问题对理解Cu_2Se在相变过程中热电性能提升等特性具有重要意义。本文首次报道了由球差校正扫描透射电镜(STEM)拍摄到的沿■带轴的原子级分辨率高角环形暗场(HAADF)像,揭示了由Se原子以多种形式有序起伏产生的复杂结构。结合电子衍射图谱,分析了包含不同层数、通过相互组合构成α-Cu_2Se晶体的多种结构变体。使用QSTEM软件对构建的结构变体进行高分辨图像模拟,得到了与实验对应的HAADF像。该工作为更全面地理解α-Cu_2Se的结构提供了新的重要信息。     

自组装合成Fe-N-C-PANI有序介孔结构催化剂及其在酸性条件下的氧还原活性

采用乙醇挥发自组装法,以F127为模版,甲阶酚醛树脂为碳源,聚苯胺为配体,加入硝酸铁和硅酸盐,制备了有序多级孔的Fe-N-C-PANI催化剂.催化剂的成分和形貌表征结果表明,在热处理温度为800℃时,有序介孔的结构最清晰,拥有整齐的孔道和最高的比表面积（1007 m²/g）;XPS分析结果表明,吡啶氮原子和石墨氮原子含量（摩尔分数）为3.86%.热处理温度升高过程中Fe（Ⅲ）被还原,向单质Fe转化,并促进了N的掺杂,使碳化铁转化为Fe-N_x活性位点,提高了催化剂的氧还原反应（ORR）催化活性,热处理温度达到900℃时,过多的单质铁使其氧还原活性下降.在酸性溶液中,Fe-N-C-PANI-800催化剂的起始电位可达0.89 V,半波电势为0.81 V.有序介孔结构使催化剂更易石墨化,提高了材料的稳定性.     

基于抖动测试的AFDX端到端延迟紧性修正

AFDX引入虚拟链路(Virtual Link)实现物理带宽资源的逻辑分隔。由于数据帧的异步到达和多路复用输出造成虚拟链路的时延抖动现象,并最终导致流量端到端延迟分析的不确定性。本文提出了一种基于抖动测试值的网络演算紧缩方法。通过分布式测试,获得虚拟链路在网络中的实际传输抖动,并以此为基础,建立了流量传输精确化模型,通过流量模型的逐级修正,使端到端延迟计算结果逐级精确化。通过将抖动实际值与理论分析结果相结合,提供了网络演算悲观度及其扩散影响度量的直观对比,提高了延迟计算的紧性。     

带隙可调各向同性蛋白石光子晶体的制备与研究

用旋涂法将聚苯乙烯微球组装成光子晶体,研究了此光子晶体的特点,并分析了在单一微球粒径下旋涂参数对光子带隙的影响.结果表明:旋涂法制备的光子晶体具有各向同性特点,其光子带隙由旋涂参数决定.光子晶体的反射波段取决于乳液中微球的质量分数,而反射强度取决于旋涂层数.因此,在设计光子晶体时,可以根据需要,通过微球的质量分数和旋涂...     

磁场辅助静电纺有序聚丙烯腈纳米纤维的研究

磁场辅助静电纺丝方法能够制备有序纳米纤维,但是其参数之间的匹配关系很少被研究。本文通过正交实验,对影响磁场辅助静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维的四个工艺参数(溶液浓度、磁铁间距、纺丝电压和注射速度)在3个水平上进行优化筛选。以纤维直径大小、均匀度和纤维有序度为考察目标,同时考虑溶液浓度、磁铁间距与纺丝电压这三个因素之间的两两交互作用,结合极差分析、方差分析,发现溶液浓度是影响纤维直径和均匀度的高度显著因素,溶液浓度和纺丝电压的交互作用对直径均匀度有显著影响,纺丝电压是影响纤维有序度的显著因素。     

多重短程有序准化学模型:有序原子对的对立与统一

在准化学模型框架下, 假设有序原子对同时具有可区分与不可区分的双重属性, 首先构造了双重短程有序准化学模型, 然后讨论了该模型所能满足的各类理论极限. 经总结提炼, 提出了有序原子对的对立统一理论. 基于该理论, 进一步将双重短程有序准化学模型做了一般化推广, 开发了多重短程有序准化学模型. 该模型能够有效描述二元熔体中存在多重短程有序构型时的热力学行为. 选取了至少存在两重短程有序构型的Bi-K熔体来检验模型的合理性和可靠性. 结果表明, 除配位数外, 只需4个模型参数就能合理再现该二元熔体所有的热化学数据.     

基于结构元方法的模糊数互补判断矩阵排序法

利用模糊结构元方法,研究了决策信息以模糊数互补判断矩阵形式给出的有限方案决策问题。给出了模糊数互补判断矩阵的定义,介绍了模糊数排序的一种简捷方法——组合序。在该序的基础上,对模糊有序加权平均(FOWA)算子的若干性质进行证明。利用该算子能够将模糊数互补判断矩阵转换为实数矩阵,进而,对模糊数互补矩阵的排序问题转换成实数矩阵的排序问题。只要矩阵中的元为有界闭模糊数,就可以利用FOWA算子进行排序。最后通过算例对比分析,算例表明利用本文的方法进行排序更为简捷。