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中低温固体氧化物燃料电池CeGdO纤维骨架复合阴极的构建与电化学性能研究

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陶瓷学报 2024年 1152-1161页

作者：熊斌程亮罗凌虹刘邵帅王乐莹徐序景德镇陶瓷大学江西省燃料电池材料与器件重点实验室景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院景德镇陶瓷大学国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心

为了降低固体氧化物燃料电池(Solid Oxide of Fuel Cell, SOFC)的操作温度，需要将SOFC的阴极催化活性提高，为此，设计和构建了一种SOFC的Ce0.9Gd0.1O2-δ(GDC)纤维骨架复合阴极，最终获得了较低的阴极阻抗。采用溶胶—凝胶法结合静电... 详细信息

为了降低固体氧化物燃料电池(Solid Oxide of Fuel Cell, SOFC)的操作温度，需要将SOFC的阴极催化活性提高，为此，设计和构建了一种SOFC的Ce0.9Gd0.1O2-δ(GDC)纤维骨架复合阴极，最终获得了较低的阴极阻抗。采用溶胶—凝胶法结合静电纺丝制备GDC纤维前驱体，在950℃下煅烧得到一维纳米纤维棒，再与GDC电解质在1450℃下共烧得到孔隙率为70 vol.%孔隙率的纤维骨架。分别采用浸渍LSCF离子溶液和LSCF粉体悬浮液制备出纤维骨架复合阴极，并与传统的LSCF-GDC粉体阴极进行微观结构和电化学性能对比，结果表明制备的纤维骨架复合阴极具有较多的三相界面处，两种骨架阴极的极化阻抗均小于传统阴极极化阻抗。采用弛豫时间分布法分析三种对称电池的极化阻抗，明确了在GDC纤维骨架上浸渍LSCF离子溶液明显提高阴极性能的原因。构造的纤维骨架复合阴极可以克服传统阴极与电解质界面结合活性较差或因晶粒长大导致的阴极三相界面变少的问题，且在550℃～750℃的各个测试温度点，其极化阻抗值均低于传统阴极极化阻抗值约一个数量级，在650℃极化电阻仅为0.050Ω·cm2，小于传统复合阴极650℃下的极化阻抗0.280Ω·cm2。因此本研究所获得的阴极是一种可在中低温下使用的SOFC高催化活性纤维骨架复合阴极。

关键词：中低温固体氧化物燃料电池复合阴极纤维骨架电化学交流阻抗谱

利用电化学交流阻抗谱分析醋酸纤维素膜的微结构

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利用电化学交流阻抗谱分析醋酸纤维素膜的微结构

作者：尹成武汉工程大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,水污染越来越严重。膜分离方式因其高效、经济的特点,而在水处理行业备受青睐。在膜技术中,膜内部孔径和工作环境参考意义很大,这两者直接影响了膜性能和膜寿命。分离膜内部孔洞结构是影响分离膜性能的重要因素,水通量... 详细信息

随着社会的发展,水污染越来越严重。膜分离方式因其高效、经济的特点,而在水处理行业备受青睐。在膜技术中,膜内部孔径和工作环境参考意义很大,这两者直接影响了膜性能和膜寿命。分离膜内部孔洞结构是影响分离膜性能的重要因素,水通量的截留率的大小受孔径影响较大。本人利用不同分子量的聚乙二醇作为致孔剂,以不同的含量,添加入醋酸纤维素铸膜液中,制备了具备不同孔洞结构的醋酸纤维素分离膜,并利用扫描电镜、电化学交流阻抗谱、正电子湮没技术对其结构进行了表征。本次实验发现:当聚乙二醇含量被控制在一定范围内,测得的膜水通量随着聚乙二醇的含量增加而增大,当聚乙二醇的含量减小时,测得膜的电阻R会增大。正电子湮没实验说明了对于聚乙二醇分子量为200,400的膜,当聚乙二醇的含量增大时,3γ/2γ的比率在减小;对于聚乙二醇分子量1000和聚乙二醇分子量为2000的膜,当聚乙二醇的含量增加时,3γ/2γ的比率在增大。同时,我们根据预测分离膜水通量的孔洞模型,推导出孔洞电阻R同膜的水通量成反比关系,这一理论得到了此次试验中水通量结果和电化学交流阻抗谱结果的证实。当分离膜与有机污染物相接触时,有机污染物将附着沉积于分离膜的表面,造成膜的工作效率下降,膜的寿命缩短。本文利用了电化学交流阻抗谱对醋酸纤维素膜的微结构进行了表征,并加入了正电子湮没技术对膜内部检测。本次实验还发现了在膜中引入二氧化钛纳米颗粒可以改善膜的性能,具体表现为增加膜的亲水性,增强膜的抗污染能力。

关键词：醋酸纤维素膜孔洞结构电化学交流阻抗谱正电子湮没技术

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分离膜孔结构的电化学交流阻抗谱表征

武汉工程大学学报 2017年第5期39卷 466-470页

作者：王帅尹成周伟琪林志东付萍陈喆张勇吴江渝海吉忠杨小波刘海平等离子体化学与新材料湖北省重点实验室(武汉工程大学) 湖北武汉430205 青海盐湖工业股份有限公司青海盐湖资源综合利用重点实验室青海格尔木816000

利用电化学工作站的电化学交流阻抗谱构建一种测量分离膜通孔结构的电化学表征技术.通过改变聚乙烯吡咯烷酮的质量分数,制备具有不同孔洞结构的聚砜分离膜.采用电化学工作站、孔容积分析仪、膜性能测试装置对分离膜的孔结构和水通量进... 详细信息

利用电化学工作站的电化学交流阻抗谱构建一种测量分离膜通孔结构的电化学表征技术.通过改变聚乙烯吡咯烷酮的质量分数,制备具有不同孔洞结构的聚砜分离膜.采用电化学工作站、孔容积分析仪、膜性能测试装置对分离膜的孔结构和水通量进行分析.结果表明:随着聚乙烯吡咯烷酮质量分数的增加,分离膜的通孔电阻下降,孔径增大,水通量增加.在孔径为10 nm^40 nm的范围内,分离膜的水通量结果与其通孔电阻之间成反比关系,该关系符合分离膜的孔洞模型.因此,电化学交流阻抗谱是一种评价分离膜的通孔结构的有效方法.

关键词：分离膜孔结构电化学交流阻抗谱水通量

电纺聚苯胺涂层表面浸润性和表面荷电对微生物附着的影响

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高等学校化学学报 2023年第4期44卷 202-211页

作者：巴迪迪赵海洲张志明于良民中国海洋大学化学化工学院海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室青岛266100

材料表面浸润性和表面荷电对微生物在材料表面的附着有着非常重要的影响.本文采用静电纺丝法在不锈钢电极表面分别制备了疏水和亲水的聚苯胺纤维涂层,利用电化学阻抗谱监测大肠杆菌在两种聚苯胺纤维涂层表面的附着情况.结果表明,亲水表... 详细信息

材料表面浸润性和表面荷电对微生物在材料表面的附着有着非常重要的影响.本文采用静电纺丝法在不锈钢电极表面分别制备了疏水和亲水的聚苯胺纤维涂层,利用电化学阻抗谱监测大肠杆菌在两种聚苯胺纤维涂层表面的附着情况.结果表明,亲水表面有利于抑制大肠杆菌的附着.通过电化学极化使亲水表面分别带正电荷和负电荷,利用平板涂布计数法研究了不同极化时间下两种荷电表面的抑菌率,发现无论正电荷还是负电荷都有利于抑制微生物附着,而且二者没有明显差异.在相同的阴极极化条件下,亲水和疏水的聚苯胺纤维涂层抑菌性能相差不大,说明对于电纺聚苯胺涂层抑制细菌附着而言,电化学极化的影响大于表面浸润性的影响.

关键词：表面浸润性表面电荷大肠杆菌电化学交流阻抗谱抑菌率

高导热物质对水性环氧富锌涂料腐蚀行为的影响

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腐蚀与防护 2022年第10期43卷 57-62页

作者：易盼徐金莫娟樊宝珍刘蕊杨臻房正刚中国电力科学研究院有限公司北京100192

通过电化学阻抗谱(EIS)研究了高导热物质对水性环氧富锌涂层防腐蚀性能的影响。采用3D激光显微镜对EIS试验后试样的表面形貌和粗糙度进行了分析,采用盐雾试验进一步分析了含不同量高导热物质涂层的防护性能。结果表明:高导热物质添加量... 详细信息

通过电化学阻抗谱(EIS)研究了高导热物质对水性环氧富锌涂层防腐蚀性能的影响。采用3D激光显微镜对EIS试验后试样的表面形貌和粗糙度进行了分析,采用盐雾试验进一步分析了含不同量高导热物质涂层的防护性能。结果表明:高导热物质添加量为1%~4%时,涂层孔隙率低,浸泡初期具有优异的抗渗性能;高导热物质添加量为8%的涂层孔隙率较高,阻抗值较低,粗糙度较大,防护性能较差;高导热物质添加量为1%的涂层具有最为优异的防腐蚀性能。

关键词：电化学交流阻抗谱涂层高导热物质防腐蚀性能

中低温固体氧化物燃料电池Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)纤维骨架复合阴极的构建与电化学性能研究

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陶瓷学报 2023年第6期44卷 1152-1161页

作者：熊斌程亮罗凌虹刘邵帅王乐莹徐序景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院江西景德镇333403 景德镇陶瓷大学国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心江西景德镇333001 景德镇陶瓷大学江西省燃料电池材料与器件重点实验室江西景德镇333001

为了降低固体氧化物燃料电池(Solid Oxide of Fuel Cell, SOFC)的操作温度,需要将SOFC的阴极催化活性提高,为此,设计和构建了一种SOFC的Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)(GDC)纤维骨架复合阴极,最终获得了较低的阴极阻抗。采用溶胶—凝胶法结... 详细信息

为了降低固体氧化物燃料电池(Solid Oxide of Fuel Cell, SOFC)的操作温度,需要将SOFC的阴极催化活性提高,为此,设计和构建了一种SOFC的Ce_(0.9)Gd_(0.1)O_(2-δ)(GDC)纤维骨架复合阴极,最终获得了较低的阴极阻抗。采用溶胶—凝胶法结合静电纺丝制备GDC纤维前驱体,在950℃下煅烧得到一维纳米纤维棒,再与GDC电解质在1450℃下共烧得到孔隙率为70 vol.%孔隙率的纤维骨架。分别采用浸渍LSCF离子溶液和LSCF粉体悬浮液制备出纤维骨架复合阴极,并与传统的LSCF-GDC粉体阴极进行微观结构和电化学性能对比,结果表明制备的纤维骨架复合阴极具有较多的三相界面处,两种骨架阴极的极化阻抗均小于传统阴极极化阻抗。采用弛豫时间分布法分析三种对称电池的极化阻抗,明确了在GDC纤维骨架上浸渍LSCF离子溶液明显提高阴极性能的原因。构造的纤维骨架复合阴极可以克服传统阴极与电解质界面结合活性较差或因晶粒长大导致的阴极三相界面变少的问题,且在550℃~750℃的各个测试温度点,其极化阻抗值均低于传统阴极极化阻抗值约一个数量级,在650℃极化电阻仅为0.050Ω·cm^(2),小于传统复合阴极650℃下的极化阻抗0.280Ω·cm^(2)。因此本研究所获得的阴极是一种可在中低温下使用的SOFC高催化活性纤维骨架复合阴极。

关键词：中低温固体氧化物燃料电池复合阴极纤维骨架电化学交流阻抗谱

绿原酸与生物碱配伍后成分存在状态与超滤膜传质行为的相关性研究

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中成药 2023年第6期45卷 1960-1963页

作者：吴鑫李存玉邓祥敏牛敏华政颖江苏护理职业学院药学与中药学院江苏淮安223005 南京中医药大学药学院江苏南京210023

目的研究绿原酸与生物碱配伍后成分存在状态与超滤膜传质行为的相关性。方法将绿原酸与系列pKa值生物碱进行配伍,膜分离数据与扫描电镜、电化学交流阻抗谱相结合来分析该成分在膜上的透过机制,紫外可见分光光度法研究两者pKa差值与分子... 详细信息

目的研究绿原酸与生物碱配伍后成分存在状态与超滤膜传质行为的相关性。方法将绿原酸与系列pKa值生物碱进行配伍,膜分离数据与扫描电镜、电化学交流阻抗谱相结合来分析该成分在膜上的透过机制,紫外可见分光光度法研究两者pKa差值与分子间结合强度的关系。结果绿原酸与碱性较强的生物碱配伍后,其超滤分离下降15%,膜上出现团块堆积,电化学交流阻抗谱图谱圆弧半径较大,特征谱带λmax发生不同程度的蓝移。结论绿原酸与生物碱配伍的混合物成分存在状态与组分间pKa差值有关,两者解离常数差值越大,越倾向于形成复合盐,膜截留特征越明显。

关键词：绿原酸生物碱成分存在状态超滤膜传质行为扫描电镜电化学交流阻抗谱

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过期医疗药品对镁合金缓蚀作用的电化学研究

电镀与精饰 2023年第9期45卷 85-93页

作者：李雨洹曹献龙田维玮万涛周志勇仇帅帅蒋鸿飞唐康富重庆科技学院冶金与材料工程学院重庆401331 纳微复合材料与器件重庆市重点实验室重庆401331

为了研究过期医疗药品作为镁合金缓蚀剂的可能性,采用电化学测试技术研究评价了过期医疗药品甘桔冰梅片浓度、温度和浸泡时间对镁合金AZ91D缓蚀行为的影响。结果表明:甘桔冰梅片对AZ91D镁合金具有缓蚀作用且属于阳极型缓蚀剂,与空白镁... 详细信息

为了研究过期医疗药品作为镁合金缓蚀剂的可能性,采用电化学测试技术研究评价了过期医疗药品甘桔冰梅片浓度、温度和浸泡时间对镁合金AZ91D缓蚀行为的影响。结果表明:甘桔冰梅片对AZ91D镁合金具有缓蚀作用且属于阳极型缓蚀剂,与空白镁合金相比,添加甘桔冰梅片后镁合金的腐蚀电位正移接近100 mV,腐蚀电流密度从1.36×10^(-5)A/cm^(2)降低到1.06×10^(-6)A/cm^(2)。随着甘桔冰梅片浓度的增加,AZ91D镁合金的交流阻抗值呈现先增加后减少的趋势;而随着温度的增加,镁合金交流阻抗值逐渐减小;随着浸泡时间的延长,缓蚀性能逐渐增强。在缓蚀剂浓度1.00 g/L、温度为20℃时,甘桔冰梅片缓蚀率最高可达84.90%。

关键词：镁合金缓蚀剂过期医疗药品电化学交流阻抗谱缓蚀行为

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MXene膜的电化学性能研究

MXene膜的电化学性能研究

作者：陈欢武汉工程大学

学位级别：硕士

MXene是一种典型的二维材料,其核心的特性有纳米级的层间距和丰富的表面基团,纳米级的层间距可以对离子/分子进行筛分或者传输,表面基团可以与其他物质进行功能化获得更优秀的物理化学性质。基于这些特性,本研究通过真空抽滤法在聚醚砜(... 详细信息

MXene是一种典型的二维材料,其核心的特性有纳米级的层间距和丰富的表面基团,纳米级的层间距可以对离子/分子进行筛分或者传输,表面基团可以与其他物质进行功能化获得更优秀的物理化学性质。基于这些特性,本研究通过真空抽滤法在聚醚砜(PES)基底上沉积了微米级厚度的MXene纳米层状膜,采用电解质/膜/水系统和四电极体系对MXene膜进行电化学交流阻抗谱测试。结果发现,交流电场力作用下,MXene膜在离子浓差扩散过程中,具有电感效应。MXene膜的电感效应有望使其作为微型电子器件应用于生物传感领域中。本论文通过实验设计对影响电感效应的因素进行了研究,结果发现,电感效应是跟离子在膜内的分布有关的。电解质/膜/水系统下,离子会从电解质溶液中进入膜内再向水中扩散,扩散初期离子在膜内分布最不均匀,电感效应最强,当浸泡时间增加、电解液浓度增加时电感效应会逐渐变弱,直至系统两侧浓度达到平衡后电感效应消失。另外,不同的电解质溶液、改性后具有不同的层间距的MXene膜都会导致电感效应的不同。利用不同表征手段对MXene膜的表面、截面、层间距以及表面基团等进行结构表征,通过机器学习方法分析各因素影响电感效应的权重。实验部分如下:(1)采用KCl、K[Fe[CN]]两种不同的电解质溶液进行测试,电化学交流阻抗谱显示在相同条件下K[Fe[CN]]作为电解质溶液时测得电感效应要比KCl溶液大。通过机器学习方法进行权重分析发现,电解质溶液浓度比浸泡时间、电解质类型对MXene膜的电感效应影响更大。电解质溶液浓度增大时会削弱Donnan效应的影响,使离子更易扩散到MXene膜层间并分布得更均匀,从而令电感效应减弱。(2)利用β-环糊精、水合肼对MXene进行改性使β-环糊精交联在MXene层间,并通过结构表征证明。对交联前后的两种膜进行对比,XRD表明交联后MXene膜的层间距变大,电化学交流阻抗谱显示交联后的MXene膜比原始MXene膜电感效应整体更小,机器学习方法显示β-环糊精的掺入对电感效应的影响权重比电解质溶液浓度和浸泡时间的影响更大。这是因为当MXene膜的层间距增大后,离子更容易渗透进膜内并分布得更均匀,从而令电感效应整体变小。(3)将制备好的MXene层状膜分别在130℃、200℃下进行加热,标记为MXene-130膜、MXene-200膜,表征结果显示加热后MXene膜层间发生了自交联反应(-OH+-OH=-O+HO),层间距变小。利用MXene-200膜与原始MXene膜进行对比,电化学交流阻抗谱显示MXene-200膜的电感效应整体更大,机器学习方法同样表明层间距比电解质浓度和浸泡时间对电感的影响权重更大。自交联后膜的层间距减小,离子更难渗透到膜内并在膜内分布得更不均匀,导致电感效应更强。以上结果表明,通过改变电解质溶液的类型、浓度及MXene的层间距可以对MXene膜的电感效应进行有效调控。

关键词： MXene 电化学交流阻抗谱电感效应 β-环糊精自交联