检索结果-南通市图书馆

作者：王贤北京化工大学

学位级别：硕士

在轮胎制造领域,纤维增强橡胶复合材料因结合纤维与橡胶的优势,展现出高强度、高弹性以及出色的抗大变形能力。然而,现行工业中广泛应用的间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸胶体系,尽管在纤维与橡胶的粘合效果上表现优异,但其高挥发性和毒性对... 详细信息

在轮胎制造领域,纤维增强橡胶复合材料因结合纤维与橡胶的优势,展现出高强度、高弹性以及出色的抗大变形能力。然而,现行工业中广泛应用的间苯二酚-甲醛-胶乳(RFL)浸胶体系,尽管在纤维与橡胶的粘合效果上表现优异,但其高挥发性和毒性对人类健康及环境安全构成了威胁。因此本课题以酚醛树脂结构为基础,在浸胶体系引入生物质/生物基材料,针对轮胎用绿色纤维粘合体系探究新型绿色浸胶液。(1)设计了一种涉及八种生物质/生物基材料-环氧树脂-三乙烯四胺-胶乳(B-EAL)的浸胶体系,其中单宁酸表现出最佳的性能。因此,重点研究了单宁酸-环氧树脂-三乙烯四胺-胶乳(T-EAL)浸胶体系,并选择尼龙66纤维作为研究对象。使用FTIR对浸胶体系的反应机理进行了验证,通过调整单宁酸与三乙烯四胺的质量比,得到了最佳配方:当质量比达到4.5:1时,纤维增强橡胶复合材料的H抽出力达到了169.6 N,这是RFL浸胶处理的标准(171.2 N)的99.1%。同时,复合材料的平均剥离力为23.0N,达到RFL浸胶处理平均剥离力(25.4 N)的90.6%,此外,复合材料的动态循环次数达到了152898次。(2)开发了一种茶多酚-香草醛-胶乳(TVL)新型绿色浸胶体系,创新性地将香草醛引入浸胶体系。为阐明界面粘合机制,对浸胶纤维表面的反应机理和化学结构进行了表征,并研究了茶多酚和总固体(茶多酚和香草醛)的比例对复合材料的附胶率、纤维表面形貌以及界面结构的影响。发现当最佳质量配比为50%时,纤维表面能形成均匀的浸胶层。此时,复合材料的H抽出力为172.4 N,达到了RFL浸胶水平的100.5%,且失效位置与RFL相同都发生在橡胶基体处。(3)设计了一种白炭黑-茶多酚-香草醛-胶乳(STVL)浸胶体系,在TVL浸胶体系中引入纳米填料白炭黑。研究了白炭黑的添加对浸胶纤维的表面形貌、附胶率和复合材料粘合性能的影响。结果表明,随着白炭黑的加入,纤维表面附胶率变大,复合材料的H抽出力、180°剥离力均呈现出先增大后减小的趋势。当浸胶液中茶多酚与总固体的质量比为50%时,复合材料的H抽出力为181.0 N,相当于RFL浸胶水平的105.2%。另外,对比了TVL浸胶体系和STVL浸胶体系的粘合性能,STVL浸胶体系在H抽出力方面相比TVL浸胶体系最大提升了9.4%,平均剥离力提高了17.4%。

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膜蒸馏处理稠油采出水及其余热利用技术研究

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作者：刘淑永北京化工大学

学位级别：硕士

稠油开采时会产生大量采出水。反渗透（RO）等脱盐技术虽已在油田采出水处理上面成功应用,但存在高盐、高化学需氧量RO浓缩液难以处理等问题。膜蒸馏（MD）作为一种新兴脱盐技术,在采出水RO浓缩液处理方面具有极大的应用潜力。本文针对... 详细信息

稠油开采时会产生大量采出水。反渗透（RO）等脱盐技术虽已在油田采出水处理上面成功应用,但存在高盐、高化学需氧量RO浓缩液难以处理等问题。膜蒸馏（MD）作为一种新兴脱盐技术,在采出水RO浓缩液处理方面具有极大的应用潜力。本文针对克拉玛依油田经高温RO处理后的采出水浓缩液,采用直接接触式MD技术进行进一步浓缩处理,现得出主要研究结论如下:（1）通过对比不同厂家的聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯疏水膜处理实际采出水浓缩液,结果表明,迈博瑞聚四氟乙烯疏水膜抗污染性能最好,可以有效处理实际采出水浓缩液。通过模拟浓缩液考察了进水温度、流速、含盐量对膜通量的影响,发现提高进水温度、流速对膜通量的提升有积极作用,而进水含盐量过高会引起浓差极化问题,导致膜通量下降。（2）MD处理实际采出水浓缩液的结果表明,提高进水温度和流速在增加膜通量的同时也会导致膜润湿现象提前发生,最终确定MD运行条件为进水温度60℃,流速0.025 m/s,此时初始膜通量为20.44kg/m2·h,截盐率、总有机碳（TOC）去除率分别在99%、90%以上,可将进水浓缩至15倍以上。（3）清水清洗可有效去除膜表面污染物,且清洗后膜通量恢复率可达90%以上,膜清洗周期为60 min时可有效缓解膜通量下降的问题。确定采出水浓缩液最佳芬顿氧化条件为:酸化pH为4、反应时间为40min、H2O2用量为45 mmol/L、Fe2+用量为20 mmol/L,采出水浓缩液经芬顿氧化后其TOC为97.02 mg/L,TOC去除率为46.10%。芬顿氧化与MD串联组合工艺与MD单独工艺相比,出水TOC、电导率分别降低81.56%、55.52%。（4）通过操作条件对膜组件处热损失影响的研究发现,提高进水温度、流速可降低热损失,但由于实验装置为单级MD且未采取保温措施,导致热损失在39.66%以上。建立了热损失-操作条件关联式,其预测误差可以缩小到10%以内。通过对余热供能分析发现,对于单级MD而言,余热供能占比在2.99%以下。

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BiVO4复合半导体异质结光阳极提高光电化学水分解性能的研究

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作者：贾世宇北京化工大学

学位级别：硕士

当今世界,化石能源仍为人们所使用的主要能源,但随着经济社会的发展,有限的储量并不能支撑长期的需求。此外,化石燃料在能量转化的过程中也会伴随环境污染、大量温室气体产生等问题,因此亟需开发一种成本可控的清洁能源代替化石燃料以... 详细信息

当今世界,化石能源仍为人们所使用的主要能源,但随着经济社会的发展,有限的储量并不能支撑长期的需求。此外,化石燃料在能量转化的过程中也会伴随环境污染、大量温室气体产生等问题,因此亟需开发一种成本可控的清洁能源代替化石燃料以解决这一实际问题。太阳能是一种可再生能源,利用太阳能作为潜在的替代能源取代化石燃料是目前研究的热点方向。然而太阳能由于受制于环境、储存方式等因素导致其在实际应用中直接利用并不稳定,将其转化为其他形式能源储存是一种可行且有效的方式。近些年来,光电化学（PEC）分解水得到了许多研究者的关注,其可以利用半导体材料作为电极将太阳能转化成氢能,在这一过程中光阳极上的析氧反应为决速步骤,如何制备高效的光阳极是目前的重点问题。本文主要围绕着BiVO4光阳极进行研究,通过设计II型异质结构并加以修饰提高BiVO4光阳极的光电化学性能,具体研究内容如下:（1）通过电沉积法在FTO导电玻璃上制备BiVO4光阳极,并通过连续离子吸附法引入ZnFe2O4构建II型异质结构,最后采用化学浸渍还原法引入铋纳米颗粒（Bi NPs）,通过对BiVO4/ZnFe2O4/Bi NPs三元光阳极进行了光电化学测试发现,三元光阳极在1.23 V ***下的光电流密度高达2.72 m A·cm-2,相较于单一的BiVO4光阳极提高了4.2倍,入射光子-电子转换效率（IPCE）和外加偏压光-电转化效率（ABPE）则分别在波长为420 nm处和0.88 V（***）时达到了38.6%和0.51%,比BiVO4光阳极提高了的2.7倍和5.1倍。三元光阳极光电化学性能的提升主要是因为异质结的构成拓宽可见光的吸收范围并实现电子-空穴对的有效分离,Bi NPs的引入不仅可以通过局部表面等离子体共振（LSPR）效应提高光阳极对光的捕获能力,还可以产生大量热电子注入到半导体中提高载流子的浓度。（2）通过MOF衍生法在BiVO4光阳极上将ZIF-67转化为Co3O4制备了BiVO4/Co3O4异质结,并通过电沉积法引入Ni Co-LDH进行修饰,BiVO4与Co3O4构建的n-p异质结使得光生载流子实现了高效分离,并且Co3O4的引入作为空穴传输层增强了载流子的传输速度。Ni Co-LDH助催化剂作为空穴提取层可以及时提取并迅速消耗来自Co3O4的光生空穴,使水氧化动力学得到提高。测试结果表明,三元光阳极在1.23 V ***下的光电流密度可以提升至3.02m A·cm-2,IPCE最大值为53%,ABPE值在0.86 V ***处达到了0.61%。此外,三元光阳极在实现了优异的光电化学性能的同时,其稳定性也得到了大幅提高,可以有效抑制BiVO4光阳极的光腐蚀。

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硅烷偶联坡缕石添加剂密封润滑液的摩擦磨损性能研究

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作者：党杰北京化工大学

学位级别：硕士

机械密封端面摩擦磨损是导致密封性能下降的关键因素。为提高机械系统的稳定性和延长使用寿命,研究减磨润滑与磨损修复具有重要意义。纳米润滑材料因其独特的结构特征和优异润滑功能而广泛应用于摩擦学领域,常用作高性能的润滑油添加剂... 详细信息

机械密封端面摩擦磨损是导致密封性能下降的关键因素。为提高机械系统的稳定性和延长使用寿命,研究减磨润滑与磨损修复具有重要意义。纳米润滑材料因其独特的结构特征和优异润滑功能而广泛应用于摩擦学领域,常用作高性能的润滑油添加剂。本文采用具有优秀的润滑修复性能的纳米材料作为润滑添加剂,研制出高性能润滑液,并将之应用于机械密封装置,研究端面上的摩擦磨损机理与减摩润滑性能。选取润滑性能良好的坡缕石作为润滑添加剂,采用机械化学硅烷偶联法,以硅烷偶联剂KH550为改性剂,对坡缕石进行表面改性处理,制得纳米级硅烷改性坡缕石润滑添加剂,提升了其在有机溶液中的悬浮稳定性。通过TEM、SEM、FTIR与XRD等表征手段分析了硅烷改性坡缕石润滑添加剂的微观形貌和化学结构。表征结果表明:改性后的坡缕石由纤维状聚集体转变为类球形颗粒,具有将滑动摩擦转为滚动摩擦的能力,对减摩润滑效果有促进作用。将硅烷改性坡缕石添加于基础油PAO6中,通过分散性试验发现硅烷改性坡缕石在PAO6中的分散稳定性优异,提升了润滑体系的稳定性,腐蚀性试验证明坡缕石润滑添加剂无腐蚀性。采用多功能摩擦磨损试验机,以销-盘为摩擦副,对不同添加剂浓度下的润滑油进行摩擦学试验,测量试验的摩擦系数与磨损量,对比分析其减摩润滑效果。研究表明,坡缕石润滑添加剂在PAO6中的最佳添加质量分数为2wt%,此时的摩擦系数和磨损量低,结合磨痕表征分析发现磨痕相对光滑,表面凹坑与犁沟较少,磨痕处出现油膜与坡缕石颗粒,结合元素分析发现表面存在少量Si、Mg和Al等元素,表明坡缕石润滑添加剂能够在摩擦副表面形成含有坡缕石的润滑膜,有助于保护摩擦副表面,对磨痕进行一定修复效果。采用盘-盘的摩擦副以模拟机械密封装置,进行不同工况下的摩擦学性能试验,探究不同润滑介质、不同摩擦副材料下的摩擦磨损性能,结合扫描电镜和能谱分析对痕迹进行测试,分析润滑液的减摩润滑性能和减摩机理。结果表明,在Si C-YG6摩擦副中,硅烷改性坡缕石润滑添加剂能使基础油的摩擦系数和磨损质量分别降低15.4%和11.1%,在Si C-4Cr13摩擦副中分别降低24.7%和28.5%,表明坡缕石纳米材料能够提升润滑油的减磨耐磨性能。根据磨痕分析结果可知,坡缕石润滑液在磨痕处上发现含有O、Si和Mg等坡缕石特征元素,结合长时间试验的磨痕观测结果,表明坡缕石润滑添加剂具有明显的增强润滑性能和磨痕补偿修复性能。根据机械密封的使用环境与特征尺寸,利用ANSYS有限元软件建立了机械密封分析模型,对比分析了添加坡缕石前后润滑油的性能。根据分析结果得出,添加硅烷改性坡缕石润滑液具有更佳散热性和粘度特征,其密封性能优于基础润滑油,端面温度、端面变形、泄漏率与摩擦功耗分别降低18.1%、13.4%、12.7%和20.11%。基于盘-盘摩擦副的摩擦学实验结果,建立油润滑下的犁沟分析模型,以探究润滑油的压力分布。结果表明,犁沟中心处的承载压力最大,分布均匀,对比分析可知,坡缕石添加剂使基础油的承载能力提升了11.3%,且承载能力随转速和压力的增大而升高。搭建了机械密封性能试验平台,试验分析不同端面材料和密封润滑液下,密封端面上的温升、磨损量和泄漏率,并结合数值模拟结果进行对比。试验结果表明,坡缕石润滑添加剂能够有效减低机械密封端面的温升约12.8%,提高密封端面的稳定性,试验验证了密封端面的数值分析模型的准确性。本文通过制备硅烷偶联坡缕石润滑添加剂,将之添加于润滑油制得坡缕石润滑液,通过摩擦磨损试验考察了其摩擦磨损性能。将润滑液应用于机械密封,提出了增强机械密封端面的减摩润滑性能和磨损修复的研究思路。可为摩擦学领域和机械密封的减摩润滑提供重要的理论基础,为提升机械密封端面可靠性和减摩方式提供了参考方法。

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水系锌离子电池MXene基锌负极保护层的制备与性能研究

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作者：王玥北京化工大学

学位级别：硕士

为促进清洁可再生能源利用、实现“双碳”目标,需要发展低成本、高安全的新型储能技术。水系锌离子电池以高丰度、易加工、安全无毒等特点的锌金属为负极材料,以水溶液作为电解液,具有高比能、高安全、低成本的性能优势。然而实际充放... 详细信息

为促进清洁可再生能源利用、实现“双碳”目标,需要发展低成本、高安全的新型储能技术。水系锌离子电池以高丰度、易加工、安全无毒等特点的锌金属为负极材料,以水溶液作为电解液,具有高比能、高安全、低成本的性能优势。然而实际充放电过程中,锌负极上由不均匀形核导致的枝晶生长以及活性物质与电解液反应生成有害副产物等问题会导致电池的循环稳定性不佳。因此对金属锌负极进行表面改性,以调节其表面化学环境,对于锌负极氧化还原可逆性的改善以及循环寿命的提高具有重要意义。本论文通过在锌负极表面构筑MXene基界面层的方式,实现锌负极的高利用率与高稳定性。主要研究结果如下:（1）通过HF刻蚀法制备了Nb2CTx MXene并采用TMAOH表面活性剂对上述MXene进行了插层处理,得到了层间距扩大且氮掺杂的Nb2CTx MXene材料（T-Nb2C）。将T-Nb2C材料构筑在锌负极表面作为人工界面层,使得T-Nb2C@Zn电极表面呈现疏水性,可以有效减少锌负极与电解液中的活性水分子接触,从而抑制副反应发生;合适的层间距限制了大尺寸的[Zn（H2O）6]2+通过而允许Zn2+的高通量传输,可以诱导Zn2+的去溶剂化作用,促进Zn2+的快速传输;TMA+中的氮原子可以与Zn2+配位,引导Zn2+的均匀、快速传输。基于以上优势,T-Nb2C@Zn对称电池在1m A cm-2、1 m Ah cm-2的充放电条件下能够以21 m V的低成核过电势稳定循环2280小时;5 m A cm-2大电流密度下,T-Nb2C@Zn负极组装的Zn||Cu半电池可以稳定循环2884圈且平均库伦效率高达99.66%。将其与NVO正极匹配,构筑的T-Nb2C@Zn全电池具有优异的循环性能和倍率性能。这表明T-Nb2C用作人工界面层是有效的锌负极改性策略。（2）采用水热法制备了UiO-66 MOF材料,将正电性的UiO-66和负电性的Ti3C2Tx MXene进行静电自组装,制备了UiO-66/Ti3C2Tx MXene复合材料,并构筑在锌负极表面作为人工界面层。UiO-66/MXene复合界面层呈现负电性,在电极/电解液界面处可以起到富集Zn2+,减小界面浓度梯度的作用;具有纳米级孔隙结构的MOF材料在电池充放电过程中起到离子筛分作用,促进水合锌离子脱溶,从而抑制了副反应的发生;高电子电导率的MXene的存在可以调节界面电场,促进电场均匀分布,抑制枝晶生长。因此,UiO-66/MXene@Zn对称电池在1 m A cm-2、1 m Ah cm-2的充放电条件下可以稳定循环1372小时,且成核过电位始终维持在48 m V。UiO-66/MXene@Zn||Cu半电池在5 m A cm-2电流密度下循环1734圈的平均库伦效率为99.65%。匹配NVO正极的全电池在5 A g-1的大电流密度下可以稳定循环5662圈,而且每圈的容量损失率为0.013%,说明UiO-66/MXene保护层的存在可以提高锌负极的循环性能和倍率性能。（3）采用液相原位生长法制备了ZIF-8/MXene复合材料,进而通过一步煅烧的方法制备了痕量氧化锌锚定氮掺杂修饰的MXene材料（Zn O@NC/MXene）。将Zn O@NC/MXene材料涂覆在锌负极表面作为保护层,Zn O@NC/MXene层具有高导电性,有助于均匀锌负极的表面电场,促进电子和离子的快速传输;而且氮掺杂碳中的-N位点与Zn2+之间具有强烈的相互作用,有利于缓解Zn2+在电极/电解液界面的浓度梯度,促进Zn2+的均匀成核;层内均匀分布的Zn O纳米颗粒也可以充当Zn2+的成核位点,实现了锌负极上均匀的锌沉积,抑制了锌枝晶的生长。此外,该保护层呈现疏水性,可有效抑制界面副反应。Zn O@NC/MXene@Zn对称电池在48%的放电深度下可以稳定循环206小时,证明Zn O@NC/MXene层的存在可以有效提高锌负极的活性物质利用率和电化学可逆性。与V2O5正极匹配组装的全电池在4 A g-1的大电流密度下可以实现超过1000次循环的稳定寿命,证明Zn O@NC/MXene界面层可以有效提高电池的整体性能。

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阴离子交换膜燃料电池阳极钌基电催化剂的制备及电化学性能研究

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作者：陈博文北京化工大学

学位级别：硕士

近年来由于反应环境相对温和、阴极可以使用非贵金属催化剂等特点,阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）进入了人们的视野并得到广泛研究,并被认为是成本高昂的质子交换膜燃料电池（PEMFC）的有力替代者。但是碱性条件下AEMFC阳极侧氢气氧化... 详细信息

近年来由于反应环境相对温和、阴极可以使用非贵金属催化剂等特点,阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）进入了人们的视野并得到广泛研究,并被认为是成本高昂的质子交换膜燃料电池（PEMFC）的有力替代者。但是碱性条件下AEMFC阳极侧氢气氧化反应（HOR）缓慢的动力学使得催化剂成本急剧增加,阻碍了AEMFC的商业化进程。因此开发低成本、高活性的阳极HOR催化剂是推动AEMFC发展的必要举措。本论文围绕Ru基催化剂,通过杂原子掺杂和金属氧化物复合两种策略开发了一系列高活性的HOR催化剂。本论文主要的两方面工作内容如下:（1）通过三乙二醇还原法制备了Ru/C催化剂,探究了温度和反应时间对催化剂活性的影响,找到了200℃反应5 h的最佳反应条件。在此基础上,合成了一系列B和N掺杂的Ru基催化剂,发现杂原子掺杂量与催化剂HOR活性呈现“火山型”关系。其中B-Ru-5/C和N-Ru-2/C具有最高的性能,超越和达到了商业Pt/C水平,其中比交换电流密度分别达到0.7 m A cm Ru-2和0.5 m A cm Ru-2,在50 m V处的质量活性分别达到4.1 A mg Ru-1和2.8 A mg Ru-1,在50 m V处的面积活性达到1.7 m A cm Ru-2和1.3m A cm Ru-2。研究发现杂原子掺杂不仅可以减小Ru纳米颗粒的尺寸,暴露更多的活性位点,还可以通过优化Ru的氢结合能和羟基结合能使其达到适中值,从而促进HOR反应的进行。使用B-Ru-5/C和N-Ru-2/C作为阳极催化剂构筑AEMFC器件,峰值功率密度分别达到1.60 W cm-2和1.50W cm-2,0.65 V下输出的电流密度分别达到1.21 A cm-2和0.91 A cm-2,分别超越和接近了采用商业Pt/C作为阳极催化剂的AEMFC。这表明杂原子掺杂可以有效提升Ru基催化剂的活性,有望降低阳极催化剂成本。（2）通过浸渍退火法制备了铌氧化物复合的Ru基催化剂,探究了温度对铌氧化物存在形式和催化剂活性的影响。其中Ru/Nb2O5-C-600℃催化剂具有最高的HOR活性,其比交换电流密度为2.4 m A cm Ru-2,在50m V处的面积活性和质量活性为13.0 m A cm Ru-2和12.5 A mg Ru-1,分别达到了目前性能最佳的商业Pt Ru/C的1.6、3.2、3.5倍。研究发现高结晶度正交晶系Nb2O5有利于Ru的锚定和高度分散,同时可以优化Ru的氢结合能至更为合适的强度,这导致Ru/Nb2O5-C-600℃具有优异的HOR活性。采用Ru/Nb2O5-C-600℃作为阳极催化剂构筑AEMFC器件,在Ru载量仅为0.05 mg Ru cm-2的情况下,电池峰值功率密度达到1.40 W cm-2,0.65 V下输出的电流密度达到1.57 A cm-2,超过了使用商业Pt Ru/C为阳极催化剂的AEMFC。将金属氧化物范围扩大到第五副族元素,通过浸渍退火法制备了钒氧化物和钽氧化物复合的Ru基催化剂,均展现出良好的HOR活性。这表明氧化物复合是开发高性能HOR催化剂切实有效的新策略,有望推动AEMFC进一步发展。

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自催化开环制备新型锌离子电池聚合物电解质

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作者：邵馨莹北京化工大学

学位级别：硕士

锌离子电池聚合物电解质具有无液体特性和优异的机械韧性,能够有效避免液体泄漏、抑制锌枝晶生长以及避免水所带来的副反应。酯类电解质具有较高的介电常数,常表现出较高的电化学窗口,能够有效弥补水系电解质电化学窗口窄的缺陷。然而,... 详细信息

锌离子电池聚合物电解质具有无液体特性和优异的机械韧性,能够有效避免液体泄漏、抑制锌枝晶生长以及避免水所带来的副反应。酯类电解质具有较高的介电常数,常表现出较高的电化学窗口,能够有效弥补水系电解质电化学窗口窄的缺陷。然而,聚合物电解质仍面临着低离子电导率和较困难的界面传导等关键问题。对此,本文创新性提出通过锌离子催化单体聚合制备新型聚合物电解质。首先,以锌盐(Zn（TFSI）2、Zn（OTf）2、Zn（BF4）2)本身作为路易斯酸催化剂,催化环状单体戊内酯（VL）和含氟单体缩水甘油基2,2,3,3-四氟丙基醚（TFP）的开环聚合,构建新型聚合物电解质P（VL-TFP）。探究了三种锌盐催化能力和对电化学性能的影响,确定了Zn（BF4）2为最优催化剂,其催化后的聚合物转化率较高、分子量较低,有利于锌离子的传导;Zn（TFSI）2存在于聚合物体系中具有最宽的电化学窗口（～2.6 V）和较高的离子电导率。此外,通过实验与理论计算进一步探究了锌盐影响聚合物电化学性能的内在机理。实验表明,Zn（TFSI）2能够与P（VL-TFP）产生共晶现象,阴离子参与了锌离子的溶剂化结构,有利于锌离子在电解质中和界面处的传导。理论计算表明p P-Zn（TFSI）2体系具有更低的HOMO,而且HOMO电子转移到末端的醚基单元,与TFP共聚使得电解质的抗氧化能力提高。其次,由Zn（BF4）2催化单体聚合,后经过纯化除去Zn（BF4）2和少量单体得到P（VL-TFP）聚合物,再将聚合物与Zn（TFSI）2混合制备p P-Zn（TFSI）2电解质,其离子电导率和界面稳定性有了一定改善。最后为了进一步提升Zn||V2O5电池的电化学性能,向p P-Zn（TFSI）2中引入5 wt%Ti O2,以增加离子传输路径,改善离子界面传输。p P-Zn（TFSI）2@Ti O2电解质组装的Zn||V2O5电池最高比容量相比改性前提升了近3倍,离子迁移数由原始的0.14提升至0.42。Zn|Mo6S8电池在300个循环后放电比容量～144.7 m Ah g-1,容量保持率约为92%,显示出稳定且优异的电化学性能。

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质子交换膜燃料电池有序Pt3Co金属间化合物的制备及其氧还原性能研究

质子交换膜燃料电池有序Pt3Co金属间化合物的制备及其氧还原性能...

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作者：余小刚北京化工大学

学位级别：硕士

氢能作为绿色能源能以可持续的方式生产并能通过质子交换膜燃料电池（PEMFCs）将氢气中储存的化学能直接转化为电能,被认为是化石燃料很有前途的替代品,其中,PEMFCs的经济可行性是决定向氢经济过渡的关键因素。考虑到PEMFCs阴极缓慢的... 详细信息

氢能作为绿色能源能以可持续的方式生产并能通过质子交换膜燃料电池（PEMFCs）将氢气中储存的化学能直接转化为电能,被认为是化石燃料很有前途的替代品,其中,PEMFCs的经济可行性是决定向氢经济过渡的关键因素。考虑到PEMFCs阴极缓慢的氧还原反应（ORR）动力学严重制约了其在商业领域的大规模应用,目前相关研究旨在制备小粒径（化学计量比的金属前体固定在碳载体上。开发了冷冻干燥策略在BP2000碳载体上制备有序Pt3Co金属间化合物,并通过调整高温退火方案可控制备了三种宽范围有序度的Pt3Co-L/C、Pt3Co-M/C、Pt3Co-H/C催化剂。所制备的Pt3Co-H/C催化剂为小粒径（4.65 nm）且高度有序（有序度=82.47%）的L12 fcc有序结构核/壳金属间化合物。电化学性能测试表明,Pt3Co-H/C催化剂在酸性条件下具有优越的ORR活性和稳定性,半波电位为0.935 V,0.9 V处的质量活性和比活性分别为0.735 A mg Pt-1和1.177 m A cm-2,分别是商业Pt/C催化剂的6倍和8.5倍;经过50k加速耐久性测试后,质量活性仅衰减了10.23%。此外,器件性能测试表明,Pt3Co-H/C催化剂在0.9 V处的质量活性为0.96 A mg Pt-1,0.8 V处的电流密度为0.419 A cm-2;经过30k加速应力测试后,质量活性仅衰减了20.83%,0.8 A cm-2处的电压仅损失了26 mV,表现出出色的器件性能和极其优异的器件稳定性。本研究为小粒径且高度有序Pt基金属间化合物的受控制备提供了一条通用简单的路径。（2）采用浸渍液相还原法,先对溶剂使用量、还原剂加入量和反应温度等实验参数进行优化。在确定最优实验参数后通过在浸渍还原过程中加入硫脲同时掺入N、S元素,利用氮硫共掺杂策略成功制备了小粒径（5.06 nm）且高度有序（有序度=92.37%）的Pt3Co/C@NS核/壳金属间化合物。测试结果表明加入的硫脲成功在前驱体中掺入了N、S元素。电化学性能测试表明,Pt3Co/C@NS催化剂在酸性条件下半波电位为0.936 V,0.9 V处的质量活性和比活性分别为0.830 A mg Pt-1和1.394 m A cm-2,分别是商业Pt/C催化剂的6.8倍和10倍;经过50k加速耐久性测试后,质量活性仅衰减了8.22%,表现出极其出色的ORR催化活性和极其优异的稳定性。此外,器件性能测试表明,Pt3Co/C@NS催化剂在0.9V处的质量活性为0.74 A mg Pt-1,0.8 V处的电流密度为0.405 A cm-2;经过30k加速应力测试后,质量活性仅衰减了27.03%,在器件中同样表现出高活性和高稳定性。本研究开发的氮硫共掺杂策略有望实现高活性且高稳定性Pt基金属间化合物的可扩展制备。

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聚多巴胺/沸石咪唑酯杂化微胶囊的合成及其在自修复防腐涂层中的应用

聚多巴胺/沸石咪唑酯杂化微胶囊的合成及其在自修复防腐涂层中的...

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作者：王旭辉北京化工大学

学位级别：硕士

金属腐蚀不仅会造成国民经济损失、污染环境,而且还可能引发灾难性事故,威胁人们的生命安全,有机涂层是目前金属防护广泛应用的方法。然而传统的涂层在使用过程中容易受到损伤,腐蚀性物质可以通过涂层损伤部位到达金属基体使金属产生腐... 详细信息

金属腐蚀不仅会造成国民经济损失、污染环境,而且还可能引发灾难性事故,威胁人们的生命安全,有机涂层是目前金属防护广泛应用的方法。然而传统的涂层在使用过程中容易受到损伤,腐蚀性物质可以通过涂层损伤部位到达金属基体使金属产生腐蚀。近年来基于微胶囊的自修复防腐涂层因其具有自主修复、防腐性能优异等特点,受到广泛关注。然而目前的微胶囊存在与涂层基质之间的相容性差、耐溶剂性差、负载的活性物质或缓蚀剂泄露、无法实现可控释放等问题,阻碍了基于微胶囊的自修复防腐涂层的发展。针对自修复防腐涂层的上述问题,本论文制备了一种负载缓蚀剂且具有酸性p H响应性的有机-无机杂化微胶囊,并将其与环氧树脂复合制备自修复防腐涂层。在酸性环境下对自修复防腐涂层的防腐蚀性能进行评价,同时对其腐蚀防护机理进行研究。主要研究内容如下:首先采用牺牲模板法,分别制备了负载有缓蚀剂8-羟基喹啉和苯并三氮唑的聚多巴胺/沸石咪唑酯骨架杂化微胶囊(PDA/ZIF-8/8-HQ,PDA/ZIF-8/BTA)。通过调节碳酸钙模板的粒径以及ZIF-8在PDA表面的生长,制备了具有高度球形结构的、粒径均一(平均直径约1.6μm)且壳层表面致密的PDA/ZIF-8杂化微胶囊。利用扫描电镜、高真空能谱分析、X射线衍射分析、红外光谱、热失重分析、比表面积分析、紫外可见光谱等表征手段系统分析杂化微胶囊的表面形貌、晶体结构,缓蚀剂负载量以及缓蚀剂在酸性环境中的可控释放动力学。结果表明,微胶囊具有良好的耐溶剂性,在不同溶剂中浸泡7天后缓蚀剂的释放量均小于10%;致密的ZIF-8纳米层可以防止内部缓蚀剂的泄露,提高了微胶囊的密封性;杂化微胶囊具有灵敏可靠的酸性p H响应可控释放功能,符合一级动力学模型,随着溶液的p H降低,缓蚀剂的释放速率也逐渐增大。然后将PDA/ZIF-8/8-HQ和PDA/ZIF-8/BTA微胶囊分别掺入环氧涂层中用于碳钢的腐蚀防护。利用电化学阻抗谱和酸浸泡试验分析了划伤的自修复防腐涂层在0.1 M HCl中浸泡120 h后的防腐蚀性能。结果表明,制备的自修复防腐涂层的低频阻抗模量随浸泡时间的延长而增大,比空白涂层高出2个数量级以上,阻抗弧半径远大于对照涂层。划痕涂层的酸浸泡试验结果表明,浸泡15天后自修复防腐涂层没有发生腐蚀,而纯环氧涂层划痕处裂缝扩展严重,证明了自修复涂层具有优异的防腐蚀性能。进一步分析了不同微胶囊含量(0%,1%,3%,5%)的划伤涂层在0.1 M HCl中浸泡120 h后的防腐蚀性能。结果表明,5%PDA/ZIF-8/8-HQ和PDA/ZIF-8/BTA微胶囊含量的涂层在浸泡120 h后的低频阻抗模量较其他含量的涂层均高出近2个数量级,而且具有最大的阻抗弧半径。证明5%PDA/ZIF-8/8-HQ和PDA/ZIF-8/BTA微胶囊含量的涂层具有最优的防腐蚀性能。综上所述,本论文制备了基于聚多巴胺/沸石咪唑酯骨架杂化微胶囊的自修复防腐涂层,解决了微胶囊存在与涂层基质之间的相容性差、耐溶剂性差、负载的活性物质或缓蚀剂泄露、无法实现可控释放等问题。该涂层在酸性环境中具有优异的防腐蚀性能,可应用于酸性油气管线的腐蚀防护,这种可控释放的智能响应自修复防腐涂层符合自修复涂层发展的要求。

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同方学位论文库评论

钛氧化物负载低铱电催化剂制备及其酸性氧析出性能研究

引用

作者：秦玉峰北京化工大学

学位级别：硕士

质子交换膜电解水（PEMWE）因其电流密度大、能量转换效率高以及对间歇性可再生电力响应快等优点,被视为理想的绿氢制取技术。然而,PEMWE大规模商业化受制于储量匮乏、价格高昂的铱（Ir）基阳极氧析出反应（OER）催化剂,亟需开发高性能... 详细信息

质子交换膜电解水（PEMWE）因其电流密度大、能量转换效率高以及对间歇性可再生电力响应快等优点,被视为理想的绿氢制取技术。然而,PEMWE大规模商业化受制于储量匮乏、价格高昂的铱（Ir）基阳极氧析出反应（OER）催化剂,亟需开发高性能低Ir催化剂以推动PEMWE商业化进程。针对PEMWE阳极催化层Ir担量高且在高阳极电位下Ir溶解等问题,本论文以价格低廉的钛基氧化物为低Ir催化剂载体,通过构建载体与金属位点间强相互作用界面,实现了高性能负载型低Ir催化剂的可控制备,并通过光谱分析和理论计算阐明了钛氧化物负载低Ir基催化剂组成结构与OER性能的构效关系。取得的主要成果如下:首先,以碳热还原反应制备高导电Ti4O7（960 S cm-1）作为载体,并通过亚当斯熔融法负载IrO2,实现了负载型低Ir催化剂（IrO2/Ti4O7）的可控制备。研究表明,碳热还原反应的残余碳改变了载体表面的电荷状态,并通过静电引力促进了贵金属前驱体的分散,使得热处理后生成的IrO2纳米颗粒均匀锚定在Ti4O7载体表面,最终实现了低Ir（10.95 wt.%）电催化剂的制备。电化学测试表明,IrO2/Ti4O7表现出显著优异的OER活性,在10 m A cm-2时过电位为244 m V,显著低于商业IrO2（300 m V）,1.53V时的质量活性高达1346.9 A g Ir-1,是商业IrO2的93.5倍,并且Ti4O7的强锚定作用使IrO2/Ti4O7在PEM电解槽中200 m A cm-2下能够稳定运行超过250 h。在此基础上,借助价带谱、同步辐射和DFT理论计算探究了Ti4O7载体的引入对IrO2电子结构的影响及电催化性能促进机制。研究表明,IrO2与载体Ti4O7界面间电子相互作用促进了IrO2中Ir位点电子的富集,降低了Ir位点的d带中心,缓解了IrO2含氧物种的过强吸附,促进了OER反应动力学。此外,Ti4O7载体的引入通过界面电子相互作用降低了Ir-O键的共价性和IrO2晶体中的氧空位浓度,抑制了晶格氧机制（LOM）中晶格氧的氧化和迁移,提高了电化学稳定性。其次,为进一步增强IrO2与钛氧化物载体间界面相互作用,采用圆盘状形貌的钛基金属有机骨架NH2-MIL-125为前驱体模板,通过一步热解法原位制备了具有异质结构的IrOx/TiOx电催化剂并探究了其成相过程。IrOx/TiOx保留了前驱体的圆盘状形貌,实现了Ir Ox纳米颗粒在Ti Ox载体上的均匀致密分散。原位形成的富氧缺陷IrOx/TiOx异质结催化剂具有优异的电化学性能,在10 m A cm-2时过电位为233 m V,且可稳定运行110 h,显著优于IrO2/Ti4O7和商业催化剂。最后,为揭示异质界面与氧析出性能之间的构效关系,进行了电化学阻抗测试、光谱分析以及密度泛函理论计算。莫特-肖特基测试和光谱分析共同证明了界面处p-n结的存在和内建电场的形成,p-n结界面处较大的功函数差（ΔΦ=1.44 e V）驱动了电子自发从低功函数的Ti Ox流向高功函数的Ir Ox,同时催化剂具备的丰富氧空位也促进了界面电子转移,增强了界面两侧电子的不对称分布,进而形成了由Ti Ox指向Ir Ox的内建电场。密度泛函理论计算表明,内建电场的存在降低了催化剂的表面静电势,缓解了OER反应中间体的过强吸附,使决速步能垒下降0.36 e V。同时界面处强电子相互作用提高了IrO3的氧化脱出焓和IrOx/TiOx的热力学稳定性。

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