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金属氧化物/炭复合材料抑制锂硫电池穿梭效应的研究进展

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新型炭材料（中英文） 2024年第2期39卷 201-222页

作者：周志强王惠民杨璐彬马成王际童乔文明凌立成华东理工大学化工学院上海200237

锂硫电池因理论能量密度高、生产成本低和环境友好等优点被认为是最有前途的下一代电化学储能装置之一。然而,硫和硫化锂的低导电性、严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学等问题阻碍了锂硫电池的大规模商业化应用。炭材料因高比表面积,良... 详细信息

锂硫电池因理论能量密度高、生产成本低和环境友好等优点被认为是最有前途的下一代电化学储能装置之一。然而,硫和硫化锂的低导电性、严重的穿梭效应和缓慢的反应动力学等问题阻碍了锂硫电池的大规模商业化应用。炭材料因高比表面积,良好导电性与结构多样性而备受关注,然而非极性炭材料难以与极性多硫化物紧密结合,导致活性材料大量损失和严重的穿梭效应。金属氧化物具有极性强和丰富吸附位点的优点,将过渡金属氧化物与炭材料结合,有助于增强对多硫化物的化学吸附和电化学反应活性。本文首先介绍了锂硫电池的基本原理和存在的主要问题,然后讨论了近年来过渡金属氧化物/炭复合材料在合成方法和结构设计(1D,2D,3D)方面的研究进展。此外,详细介绍了异质结构设计、空位工程和晶面调控策略的代表性工作并讨论了其机理。最后,对过渡金属氧化物/炭复合材料用于锂硫电池中的发展进行了总结和展望。

关键词：过渡金属氧化物炭材料调控方案穿梭效应锂硫电池

Ni-Co-B-RE(Sm、Dy、Tb)复合电极:化学沉积法制备及电催化析氢性能研究

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无机材料学报 2024年第5期39卷 467-476,I0001-I0005页

作者：景欣欣陈必清翟佳鑫袁美玲青海师范大学化学化工学院西宁810000

开发低成本、高活性的非贵金属电催化剂对电解水的实际应用具有重要意义,稀土(Rare Earth,RE)元素因其独特的电子结构成为金属催化剂改性的研究热点,但在泡沫镍(Nickel Foam,NF)基体上制备稀土复合催化剂的方法存在成本高、工艺复杂和... 详细信息

开发低成本、高活性的非贵金属电催化剂对电解水的实际应用具有重要意义,稀土(Rare Earth,RE)元素因其独特的电子结构成为金属催化剂改性的研究热点,但在泡沫镍(Nickel Foam,NF)基体上制备稀土复合催化剂的方法存在成本高、工艺复杂和耗时长等问题。本研究采用一步化学沉积法,在NF基体上制备了三种稀土复合电极Ni-Co-B-Tb/NF、Ni-Co-B-Sm/NF和Ni-Co-B-Dy/NF,对催化电极的结构和形貌进行了表征,并研究其在1 mol·L^(–1)KOH溶液中的析氢性能。结果表明,添加Sm、Dy和Tb可使电极的电子结构发生改变,改善催化剂材料的本征性质,进而提高析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)的催化性能。其中,Ni-Co-B-Tb/NF表现出最佳的析氢性能,达到10 mA·cm^(–2)的电流密度仅需58 mV的过电位,Tafel斜率为65 mV·dec^(–1),析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。进一步研究发现稀土浓度对电催化性能影响较大,当Tb浓度为3 g·L^(–1)时,Ni-Co-B-Tb/NF表面颗粒尺寸较小且分布均匀,暴露出更多的活性位点,有利于HER的电荷转移,析氢性能最佳。此外,经过100 h长期稳定性测试和2000次循环伏安(Cyclic Voltammetry,CV)测试后,该催化剂表现出良好的电化学稳定性。

关键词：稀土化学沉积析氢反应泡沫镍

荷电可调性碳化聚合物点的合成、性能及其对槲皮素的响应研究

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2523-2530页

作者：翁文婷季泉彤王亚庭陈桦杰陈少云泉州师范学院化工与材料学院制药工程系福建泉州362000

以海藻酸钠(SA)为碳源,引入邻苯二胺(oPDA)为助剂,采用一步水热合成法制备新型的氮掺杂碳化聚合物点SA-oPDA CPDs。该CPDs溶液在352nm波长激发下,于462nm处有蓝绿色荧光发射信号,stokes shift可达到110nm,并显示出良好的光稳定性和激发... 详细信息

以海藻酸钠(SA)为碳源,引入邻苯二胺(oPDA)为助剂,采用一步水热合成法制备新型的氮掺杂碳化聚合物点SA-oPDA CPDs。该CPDs溶液在352nm波长激发下,于462nm处有蓝绿色荧光发射信号,stokes shift可达到110nm,并显示出良好的光稳定性和激发波长不依赖性,荧光量子产率为16.9%。碳化聚合物点保留有海藻酸钠聚合链的特征,通过静电吸附组装技术,与壳聚糖形成复合发光薄膜,具有发光器件可应用潜力。该碳点水溶液对pH值极具敏感性,随着溶液环境由酸性变化到碱性,荧光强度增加的同时伴随着荧光发射峰位置从465nm蓝移突变至425nm,相应碳点的表面荷电状态由正电荷变化为负电荷。结构和形貌表征,在高温碳化过程中,该碳点内部形成碳化发光中心,外层表面共存来源于邻苯二胺和海藻酸钠的胺基和羧基。在溶液环境中,碳点的带电状态随溶液pH值的变化而变化,出现类似两性电解质的荷电性质,并在pH 6~7存在等电点。这可能是由于碳点表面羧基的解离和胺基的质子化的共同作用,并导致溶液表现出发光可调性。CPDs在pH 6.80的溶液环境下与铅离子结合后,溶液发射的荧光从蓝色变化为蓝绿色,可实现对一定浓度铅离子的明显可视化响应。研究表明还原性的药物对该碳点荧光信号有明显的猝灭效应。槲皮素对碳点的荧光猝灭程度在7.9×10^(-6)~7.7×10^(-5)mol·L^(-1)浓度范围内,可呈现方程为I0/I=0.8788+1.6897×10^(-6)cQue的线性响应,相关系数r^(2)=0.9748,检出限LOD=1.7×10^(-6)mol·L^(-1)。

关键词：碳化聚合物点荷电可调性槲皮素响应发光薄膜

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2D层状材料的燃料油氧化脱硫研究进展

化工进展 2024年第1期43卷 422-436页

作者：杨雪刘可张程翔李东霖王江芹杨万亮贵州大学化学与化工学院贵州贵阳550025

二维(2D)层状材料因其独特的性质在燃料油氧化脱硫领域应用广泛,如石墨烯和类石墨烯材料(如类石墨相氮化碳和六方氮化硼等)、2D硅基材料、层状双金属氢氧化物、MXene、2D金属有机骨架材料、二硫化钼等。本文从不同2D层状材料出发,综述... 详细信息

二维(2D)层状材料因其独特的性质在燃料油氧化脱硫领域应用广泛,如石墨烯和类石墨烯材料(如类石墨相氮化碳和六方氮化硼等)、2D硅基材料、层状双金属氢氧化物、MXene、2D金属有机骨架材料、二硫化钼等。本文从不同2D层状材料出发,综述了如何构建催化氧化脱硫催化剂、催化剂脱硫效率以及脱硫过程和机制,并对2D层状材料在氧化脱硫领域的研究现状进行了梳理。然而,普通的2D层状材料大多因为材料本身的催化性能不足,不能直接应用于燃料油氧化脱硫工艺。因此,研究人员通过制造缺陷、元素掺杂、官能团改性和负载活性位点等方法对2D层状材料进行改性并将其应用于催化氧化脱硫工艺。最后,本文对2D层状材料在氧化脱硫领域的研究方向提出了展望,指出了构建具有可控、开放2D传输孔道的2D层状氧化脱硫催化剂是未来脱硫领域研究的重要方向之一。

关键词：二维材料燃料油催化氧化脱硫二维孔道

Pd负载羟基多孔有机聚合物催化硅烷与醇脱氢偶联反应

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精细化工 2024年

作者：王和荣刘森群陈家尧廖兴才曾蓉丁顺民南昌大学化学化工学院东华理工大学化学与材料学院

甲苯、苯酚和邻苯二酚分别通过Friedel-Crafts反应制备了3种多孔有机聚合物（POP）载体，通过浸渍和还原法将Pd纳米粒子负载在POP载体上，制备了3种羟基质量分数不同的Pd/POP催化剂。采用FTIR、XRD、XPS、SEM、TEM对催化剂的组成、结构... 详细信息

甲苯、苯酚和邻苯二酚分别通过Friedel-Crafts反应制备了3种多孔有机聚合物（POP）载体，通过浸渍和还原法将Pd纳米粒子负载在POP载体上，制备了3种羟基质量分数不同的Pd/POP催化剂。采用FTIR、XRD、XPS、SEM、TEM对催化剂的组成、结构和形貌进行了表征，探究了催化剂表面羟基质量分数对Pd/POP催化剂催化二甲基苯基硅烷（硅烷）与乙醇脱氢偶联合成二甲基苯基乙氧基硅烷（硅醚）反应的影响。结果表明，Pd/POP催化剂表现出良好的催化活性，硅烷转化率和硅醚选择性均>99%；催化剂表面羟基质量分数越高，与Pd纳米粒子的相互作用越强，催化剂循环稳定性越好，以邻苯二酚为单体制备的催化剂Pd/POP-OH-2循环7次后，硅烷转化率和硅醚选择性未明显改变；Pd/POP-OH-2适用于多种硅烷（苯硅烷、二苯基硅烷、三苯基硅烷）与醇（甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇或正丁醇）的脱氢偶联反应，目标硅醚产率在34%～99%之间。

关键词：羟基多孔有机聚合物 Pd纳米催化剂硅烷脱氢偶联硅醚

离子导电凝胶在柔性压力与应变传感器中的应用及研究进展

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材料工程 2024年第9期52卷 58-69页

作者：赵苑尚琼刘现玉陈洁冯辉霞兰州理工大学石油化工学院兰州730050 兰州城市学院化学化工学院兰州730070

柔性压力与应变传感器随着医疗及电子互联领域的发展而受到越来越广泛的关注,其中离子导电凝胶由于具有仿生结构、合适的力学性能和良好的生物相容性等优良的物理化学性能,在柔性电子传感领域显示出了极大潜力。本文综述了离子导电凝胶... 详细信息

柔性压力与应变传感器随着医疗及电子互联领域的发展而受到越来越广泛的关注,其中离子导电凝胶由于具有仿生结构、合适的力学性能和良好的生物相容性等优良的物理化学性能,在柔性电子传感领域显示出了极大潜力。本文综述了离子导电凝胶的分类、制备方法、特点及其在柔性压力与应变传感器中的应用。首先介绍了离子导电凝胶在压力与应变传感器中的传感模式,然后按照导电原理的不同将其分为金属离子凝胶、离子液体凝胶以及聚电解质凝胶三大类,从合成方法、性能特点、改良方法等方面系统介绍了其在压力与应变传感器中的应用及研究进展,分析了其潜在的应用前景和发展趋势。最后,总结了目前存在的挑战并做出了展望,认为离子导电凝胶在智能柔性传感领域仍有着巨大的探索空间和应用潜力。

关键词：离子导电凝胶柔性应变传感器性能应用

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负载MoS_(2)纳米片的聚丙烯酰胺气凝胶的研究

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现代化工 2024年第S01期44卷 240-245页

作者：王桂灵毛辉麾王璐常州大学石油化工学院江苏常州213164

合成了一种低带隙、富缺陷的纳米花球状MoS_(2),并利用其作为太阳能吸收材料,再以亲水性聚丙烯酰胺为骨架,通过交联发泡聚合法制备了一种具有良好机械稳定性和耐盐性的海绵状MoS_(2)基多孔气凝胶(MoS_(2)-PH)。该气凝胶具有协同界面光... 详细信息

合成了一种低带隙、富缺陷的纳米花球状MoS_(2),并利用其作为太阳能吸收材料,再以亲水性聚丙烯酰胺为骨架,通过交联发泡聚合法制备了一种具有良好机械稳定性和耐盐性的海绵状MoS_(2)基多孔气凝胶(MoS_(2)-PH)。该气凝胶具有协同界面光蒸汽转化性能和催化降解水中有机污染物的双功能,可重复利用性好。分析结果表明,合成的MoS_(2)纳米片组装形成同心、分离良好的分层结构,类似于纳米花球;合成的MoS_(2)-PH不仅具有3.954 kg/(m^(2)·h)的高蒸发速率,而且还具有显著的染料降解效率(81%),这研究为解决淡水短缺和水污染提出了一种巧妙的方法。

关键词：有机气凝胶太阳能界面太阳能蒸汽转化高级氧化工艺

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煤固废基分子筛的制备及其应用进展

化工进展 2024年第5期43卷 2311-2323页

作者：张国卿宋舒波王兴瑞巩苗苗王旭许宇鸿冯继越张福扬陈汇勇西北大学化工学院陕西西安710069

从煤基固废高值化利用以及分子筛材料低成本制备两方面的迫切需求出发,本文以煤矸石、粉煤灰、煤气化渣和煤液化渣四种最主要的煤基固废为研究对象,从形成机制、化学组成、矿物性质以及结构与形貌特征等多方面阐述以其为原料制备分子筛... 详细信息

从煤基固废高值化利用以及分子筛材料低成本制备两方面的迫切需求出发,本文以煤矸石、粉煤灰、煤气化渣和煤液化渣四种最主要的煤基固废为研究对象,从形成机制、化学组成、矿物性质以及结构与形貌特征等多方面阐述以其为原料制备分子筛的优势及可行性;系统总结了煤基固废活化预处理及晶化转化为分子筛的主要方法;以典型案例的形式,介绍并分析了煤固废基分子筛在气/液相吸附、多相催化等领域的应用优势。基于对煤固废基分子筛的制备、改性以及应用研究进展的综述与总结,提出了低能耗活化与晶化、骨架类型的拓展以及多领域应用探索三方面的研究趋势。

关键词：煤基固废高值化利用分子筛低成本制备

锂离子电池负极材料ZnSnO_(3)/C复合物的制备与性能

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工程科学学报 2024年第1期46卷 81-88页

作者：岳红伟邢若冰耿壮壮铁伟伟朱聪旭谢文合陈淑君许昌学院化工与材料学院许昌461000 信阳师范学院物理电子工程学院信阳464000

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点,已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO_(3)复合材料(ZnSnO_(3)/C).利用扫... 详细信息

锡基双金属氧化物作为锂离子电池负极材料因具有高的理论比容量、嵌脱锂电位适中、储量丰富、价格低廉、安全性高以及环保等优点,已经受到了广泛的关注.本研究采用一步原位水热法制备了碳包覆的ZnSnO_(3)复合材料(ZnSnO_(3)/C).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱分析和恒流充放电测试等一系列表征测试方法对材料的微观形貌、物相组成、结构和电化学性能进行分析.电化学测试结果表明:当作为锂离子电池负极材料时,ZnSnO_(3)/C复合电极的储锂性能优于纯ZnSnO_(3)电极.在200 mA·g^(-1)电流密度下,ZnSnO_(3)/C复合电极经200次循环后可逆容量可达1274.9 mA·h·g^(-1),即使在大电流5000 mA·g^(-1)下经500次循环仍然提供663.2 mA·h·g^(-1)的放电比容量,同时也表现出卓越的倍率性能.优异的储量性能归因于ZnSnO_(3)/C复合材料中具有高电导率的C不仅提高了整个电极的导电性,有利于电子的传输,而且增大了电解液与活性材料之间的接触面积,缩短了锂离子的扩散距离;同时碳包覆层可有效缓冲ZnSnO_(3)在嵌脱锂过程中由于体积变化产生的应力,也能在一定程度上抑制ZnSnO_(3)在循环过程中的团聚.

关键词：锡酸锌碳复合材料负极锂离子电池