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过渡金属硫化物电解水析氢/析氧反应电催化剂研究进展

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科学通报 2022年第19期67卷 2126-2141页

作者：万凯向志朋刘文博韦何磊傅志勇梁振兴华南理工大学化学与化工学院广东省燃料电池技术重点实验室广州510641

能源是现代工业和社会经济发展的源动力.现阶段,一次化石燃料为主体的能源结构导致人类社会的可持续发展面临能源短缺与环境问题的双重挑战.电解水技术可实现清洁可再生能源(如太阳能、风能及生物质能)与化学能之间的高效转化,是解决上... 详细信息

能源是现代工业和社会经济发展的源动力.现阶段,一次化石燃料为主体的能源结构导致人类社会的可持续发展面临能源短缺与环境问题的双重挑战.电解水技术可实现清洁可再生能源(如太阳能、风能及生物质能)与化学能之间的高效转化,是解决上述问题的有效策略.电解水由阴极析氢反应(hydrogen evolution reaction,HER)和阳极析氧反应(oxygen evolution reaction,OER)两个半反应构成,由于反应动力学缓慢,两个半反应均需使用贵金属催化剂(Pt、IrO、RuO)来提升电能与化学能之间的转换效率,但贵金属资源稀缺性及高成本限制了其在电解水系统中的大规模应用.当前,碱性电解水制氢技术发展最为成熟,其具有结构简单、不需采用贵金属催化剂、在常温下即可进行高效制氢等优势,但其存在电解液腐蚀性强、工作电流较小、电解效率较低等问题.因此,发展高效、稳定、价廉的过渡金属基电催化剂是推动电解水规模制氢的关键,也是当前的研究重点.过渡金属硫化物因具有价态多变、资源丰富、成本低廉、耐碱腐蚀等优点,在碱性电解水反应中受到了广泛关注.本文综述了近年来过渡金属硫化物在碱性电解水析氢/析氧反应中的最新研究进展.首先,简要介绍析氢/析氧反应机理及催化剂性能评估参数.其次,从电催化性能提升角度出发,重点阐述过渡金属硫化物电催化剂的活性提升策略,具体包括:(1)基于电催化材料/电极结构(尺寸、维度、形貌)等特征优化策略,增加催化剂单位面积活性位点的数量、促进活性位点的暴露及物质传输,提升催化剂表观活性;(2)通过价态工程、杂原子掺杂、界面工程、缺陷工程等电子结构调变策略,提升催化剂的本征活性.最后,探讨了当前碱性电解水析氢/析氧反应过渡金属基电催化剂所面临的挑战,并对其未来发展方向进行了展望.

关键词：过渡金属硫化物电解水析氢反应析氧反应电催化

中空四氧化三钴纳米球镶嵌的氮掺杂多孔碳纳米纤维:锂-氧电池氧电极双功能催化剂

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Chinese Journal of Catalysis 2022年第6期43卷 1511-1519页

作者：陈宏彬叶雅倩陈鑫智张利利刘国学王素清丁良鑫华南理工大学化学与化工学院广东广州510640 郑州大学化工学院先进功能材料制造教育部工程研究中心河南郑州450001

随着全球人口数量快速增长和科技不断进步,对能源需求逐步增加,但化石能源日渐枯竭,同时环境问题日趋严重.因此,亟需开发新型、绿色、高效的能源以及能源装置,以保障清洁能源的可持续利用.锂-氧电池因其能量密度高、环境友好等优点受到... 详细信息

随着全球人口数量快速增长和科技不断进步,对能源需求逐步增加,但化石能源日渐枯竭,同时环境问题日趋严重.因此,亟需开发新型、绿色、高效的能源以及能源装置,以保障清洁能源的可持续利用.锂-氧电池因其能量密度高、环境友好等优点受到了人们的广泛关注,并被认为是替代锂离子电池的新储能系统之一.然而,对于锂-氧电池仍需解决诸如能量密度低于理论值、倍率性能差和循环寿命短等难题.开发高效稳定的氧电极催化剂是解决上述问题的关键手段之一.在众多潜在的过渡金属氧化物催化剂中,四氧化三钴因其地壳丰度高、成本低和性能优异等优点成为研究热点.本文采用静电纺丝技术,结合热处理技术,成功制备了中空四氧化三钴纳米球镶嵌的多孔碳纳米纤维复合催化剂(H-Co_(3)O_(4)-CNFs),系统地研究了其氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的电催化性能,以及作为锂-氧电池正极催化剂的电化学性能.结果表明,在碱性电解质中,H-Co_(3)O_(4)-CNFs具有较好的ORR/OER活性,展现出较好的双功能催化性能.H-Co_(3)O_(4)-CNFs作为锂-氧电池的氧电极催化剂材料,在100 mA g^(‒1)电流密度下的过电位为1.35 V,电池的放电比容量达到6134 mAh g^(‒1);当电流密度增加至800 mA g^(‒1)时,放电比容量仍能保持68.5%.在充放电电流密度为100 mA g^(‒1),限制容量为500 mAh g‒1的条件下,电池能保持150圈的稳定循环.H-Co3O4-CNFs催化剂较好的催化性能可归因于:(1)氮掺杂的多孔碳纤维具有良好的导电性和快速的电子传输能力;(2)多孔结构增大了电解液和催化剂活性位点的接触面积,并为放电产物过氧化锂的形成和分解提供了场所.另外,其良好的循环性能得益于裸露的Co_(3)O_(4)和嵌入纤维中的Co_(3)O_(4)形成的两种独立活性位点,这使其在ORR和OER过程中均有可用的催化活性位点,并在放电和充电过程中交替发挥作用.综上,本文研究结果为高效氧电极催化剂的设计提供了新思路。

关键词：锂氧电池双功能催化剂四氧化三钴氮掺杂碳纤维氧还原反应析氧反应

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双电层氧化锌薄膜晶体管偏压应力稳定性

发光学报 2022年第1期43卷 129-136页

作者：王聪刘玉荣彭强黄荷汕尾职业技术学院海洋学院广东汕尾516600 汕尾市海洋产业研究院新能源材料与催化工程研究中心广东汕尾516600 华南理工大学微电子学院广东广州510640

以环保可降解的天然生物材料制备功能器件越来越受到关注,利用天然鸡蛋清作为栅介质层,采用射频磁控溅射法在其上沉积ZnO薄膜有源层,制备低压双电层氧化锌基薄膜晶体管(ZnO-TFT)并对其电学特性进行了表征,研究了器件在栅偏压和漏偏压应... 详细信息

以环保可降解的天然生物材料制备功能器件越来越受到关注,利用天然鸡蛋清作为栅介质层,采用射频磁控溅射法在其上沉积ZnO薄膜有源层,制备低压双电层氧化锌基薄膜晶体管(ZnO-TFT)并对其电学特性进行了表征,研究了器件在栅偏压和漏偏压应力下电性能的稳定性及其内在的物理机制。该ZnO-TFT器件呈现出良好的电特性,载流子饱和迁移率为5.99 cm^(2)/(V·s),阈值电压为2.18 V,亚阈值摆幅为0.57 V/dec,开关电流比为1.2×10^(5),工作电压低至3 V。研究表明,在偏压应力作用下,该ZnO-TFT器件电性能存在一定的不稳定性,我们认为栅偏压应力引起的电性能变化可能来源于栅介质附近及界面处的正电荷聚集、充放电效应和新陷阱态的复合效应;漏偏压应力引起的电性能变化可能来源于焦耳热引起的氧空位及沟道中的电子陷阱。

关键词：薄膜晶体管氧化锌双电层偏压应力稳定性

光交联N-丙烯酰氨基葡萄糖/PEGDA水凝胶的制备及表征

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华南理工大学学报（自然科学版） 2013年第7期41卷 62-67页

作者：王群芳任力王迎军姚咏嫦侯思润华南理工大学材料科学与工程学院广东广州510640 华南理工大学国家人体组织功能重建工程技术研究中心广东广州510006

采用紫外光交联技术制备可原位成型的N-丙烯酰氨基葡萄糖(AGA)/聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶.通过核磁共振氢谱考察凝胶成型过程中AGA/PEGDA体系组成的变化,采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等表征了冷冻... 详细信息

采用紫外光交联技术制备可原位成型的N-丙烯酰氨基葡萄糖(AGA)/聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA)水凝胶.通过核磁共振氢谱考察凝胶成型过程中AGA/PEGDA体系组成的变化,采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜等表征了冷冻干燥凝胶的化学组成和表面形貌,同时考察了光引发剂质量浓度、AGA和PEGDA用量对水凝胶溶胀率和交联产率的影响.结果表明:氨基葡萄糖单元被成功引入到PEGDA凝胶网络中;光引发剂质量浓度为0.6 g/L时,AGA/PEGDA体系的交联产率最佳;AGA用量增加会引起体系交联产率下降,而随PEGDA用量增加,体系交联产率呈先下降后升高的趋势;AGA和PEGDA用量的增加都会导致凝胶溶胀率下降,AGA用量的增加还将使凝胶表面出现皱褶.

关键词：氨基葡萄糖聚乙二醇双丙烯酸酯光交联聚合原位成型水凝胶

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木质素多孔碳材料在电化学储能中的应用

化学进展 2022年第2期34卷 285-300页

作者：王才威杨东杰邱学青张文礼华南理工大学化学与化工学院广州510640 广东省绿色精细化学产品工程技术研究开发中心广州510640 广东工业大学轻工与化工学院广州510006 广东省植物资源生物炼制重点实验室广州510006

木质素可再生资源成本低、含碳量高、芳香度高和易集中收集,被认为是具备潜力大规模工业化制备新型多孔碳材料的重要碳质原料之一,对缓解化石资源消耗及可持续发展具有重大的意义。多孔碳材料具有较高的电导率、较高的比表面积、丰富的... 详细信息

木质素可再生资源成本低、含碳量高、芳香度高和易集中收集,被认为是具备潜力大规模工业化制备新型多孔碳材料的重要碳质原料之一,对缓解化石资源消耗及可持续发展具有重大的意义。多孔碳材料具有较高的电导率、较高的比表面积、丰富的孔道结构及良好的稳定性等特点,作为储能材料有广阔的应用前景。本文介绍了模板法、活化法及水热法制备木质素多孔碳材料的国内外最新研究进展,详细总结了不同热解工艺参数对木质素多孔碳材料微观结构的影响规律,重点阐述了其作为锂离子电池、钠离子电池和超级电容器电极材料的研究进展。针对功能化木质素多孔碳材料制备工艺复杂及储能性能差等瓶颈问题,提出离子/电子扩散动力学的优化、多种储能机制的协同作用和绿色、简便制备工艺的开发等研究策略,指出研发先进炭化技术构筑合理分级孔径结构,精准调控适宜层间距且高度有序排列碳层、功能化改性表面微环境及直接构建炭化工艺参数与电化学性能之间的因效关系是制备高储能性能木质素多孔碳材料的未来研究方向。

关键词：木质素制备碳材料锂离子电池钠离子电池超级电容器

水化硅酸钙晶种对CaO-SiO_2-H_2O蒸压体系强度的影响及其机理分析

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材料导报 2017年第14期31卷 122-126,137页

作者：张海东韦江雄赵志广余其俊李方贤华南理工大学材料科学与工程学院广州510640 广东省建筑材料低碳技术工程技术研究中心广州510640

选取石灰与无定形二氧化硅为原料,利用水热合成法在不同热工条件下制备了水化硅酸钙晶种,研究水化硅酸钙晶种对硅酸盐蒸压制品强度的影响。通过化学分析法探讨了不同蒸压时间下水化硅酸钙晶种对粉煤灰反应程度的影响;利用X射线衍射(XRD... 详细信息

选取石灰与无定形二氧化硅为原料,利用水热合成法在不同热工条件下制备了水化硅酸钙晶种,研究水化硅酸钙晶种对硅酸盐蒸压制品强度的影响。通过化学分析法探讨了不同蒸压时间下水化硅酸钙晶种对粉煤灰反应程度的影响;利用X射线衍射(XRD)、电子扫描电镜(SEM-EDS)和压汞法(MIP)分析了晶种对不同蒸压时间下CaO-SiO_2-H_2O体系水化产物种类及形貌的影响。研究结果表明:采用钙硅物质的量比为1.0、水热合成温度低于150℃时制备的水化硅酸钙晶种提高CaO-SiO_2-H_2O蒸压体系强度最明显,水化硅酸钙晶种的掺入促进了粉煤灰中SiO_2快速溶出以及水石榴石的分解,提高了水化产物含量;水化硅酸钙晶种的加入可以细化孔结构,使孔结构分布均匀,增加50nm以下的无害孔及少害孔数量,减少大于200nm的多害孔数量。

关键词：水化硅酸钙晶种蒸压硅酸盐制品粉煤灰水化程度

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超薄均热板的研究现状及发展趋势

机械工程学报 2022年第12期58卷 197-212页

作者：陈恭汤勇张仕伟钟桂生孙亚隆李杰华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 半导体显示与光通信器件国家地方联合工程研究中心广州510640

随着第五代移动通信技术(5G技术)的出现与快速发展,电子产品尤其是智能手机、平板电脑等产品,越发朝着高性能、高集成和微型化的方向发展。功耗成倍的增长将导致电子芯片在狭小空间内产生过高的热流密度和工作温度,进一步引发严峻的热... 详细信息

随着第五代移动通信技术(5G技术)的出现与快速发展,电子产品尤其是智能手机、平板电脑等产品,越发朝着高性能、高集成和微型化的方向发展。功耗成倍的增长将导致电子芯片在狭小空间内产生过高的热流密度和工作温度,进一步引发严峻的热失控难题。超薄均热板具有优异的导热性能,较大传热面积、较好的均温性能和高可靠性等优点,是解决电子设备散热问题的首要途径。为满足5G时代下现代微型化电子设备散热需求,均热板进一步超薄化是当前业界和学术界的研究热点。基于此,对超薄均热板传热原理进行概述,重点综述国内外超薄均热板结构设计研究现状,包括气液通道排布结构和吸液芯结构等,介绍目前超薄均热板封装制造工艺,并分析其实现极端超薄化中存在的问题,最后对其在高集成超轻薄电子设备等散热领域的研究趋势和发展前景进行了科学的展望。

关键词：超薄均热板气液共面结构吸液芯结构封装制造方法散热

相控阵雷达T/R模块封装复合材料现状及发展趋势

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复合材料学报 2023年第8期40卷 4440-4459页

作者：程东锋胡晓宇周达邱得超樊思燕何鹏牛济泰河南理工大学材料科学与工程学院焦作454000 河南省结构功能性金属基复合材料工程技术研究中心焦作454000 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

随着航空航天、军工、电子技术的迅猛发展,封装方式与封装材料已成为电子设备进一步实现小型化、轻量化和高性能的重要制约。相控阵雷达T/R模块封装材料经历了从第一代的可伐合金到第二代的铜钨合金及近些年来兴起的以铝为基体的第三代... 详细信息

随着航空航天、军工、电子技术的迅猛发展,封装方式与封装材料已成为电子设备进一步实现小型化、轻量化和高性能的重要制约。相控阵雷达T/R模块封装材料经历了从第一代的可伐合金到第二代的铜钨合金及近些年来兴起的以铝为基体的第三代轻质材料-碳化硅颗粒增强铝基复合材料和高硅铝合金,而二者的制备和加工技术仍存在的问题成为限制第三代材料全面推广和应用的重要瓶颈。本文综述了新一代封装材料的制备方法、机械加工性能、焊接工艺及表面处理等,详细介绍了新一代相控阵雷达T/R模块封装复合材料加工和应用的研究技术现状,并对其发展趋势进行展望。

关键词： T/R模块电子封装 SiC颗粒增强铝基复合材料高硅铝制备加工

高雾度透明纤维素薄膜制备、性能及其太阳能电池应用

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复合材料学报 2022年第5期39卷 1907-1923页

作者：侯高远李冠辉胡招湘李玉洁张德健崔锦怡方志强华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广州510640

将可持续的纤维素材料与电子器件结合是当今学术界的研究热点。高雾度透明纤维素薄膜是一种具有特殊光学性能的纸张。它除了具有普通纸张的优点(可降解、成本低、柔性、质轻等)外,还呈现出高的透光率和优异的光散射性能,可作为绿色光学... 详细信息

将可持续的纤维素材料与电子器件结合是当今学术界的研究热点。高雾度透明纤维素薄膜是一种具有特殊光学性能的纸张。它除了具有普通纸张的优点(可降解、成本低、柔性、质轻等)外,还呈现出高的透光率和优异的光散射性能,可作为绿色光学透明材料应用于太阳能电池,提升电池的光电转化效率。本文首先简要介绍了高雾度透明纤维素薄膜的发展历程;接着,详细总结了高雾度透明纤维素薄膜的制备方法及其性能(如光学、力学、热稳定性、耐水等);然后论述了现阶段这类薄膜在太阳能电池中的应用进展;最后,总结了高雾度透明纤维素薄膜存在的科学技术问题,并对其今后的研究方向以及应用前景进行了展望。

关键词：高雾度高透光率纤维素薄膜光散射太阳能电池