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形貌可控二氧化锰薄膜电极的制备及其性能研究的实验设计

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山东化工 2024年第7期53卷 219-223页

作者：苏小辉郭艳欣梁梓聪杨旭党岱广东工业大学轻工化工学院广东广州510006

采用循环伏安电沉积法在碳布上制备MnO_(2)薄膜电极,探究扫描速率对所制备电极材料的结构、形貌和电化学性能的影响。运用拉曼、扫描电子显微镜对材料的结构和形貌进行表征,通过循环伏安法和恒电流充放电对比了不同扫描速率下制备的电... 详细信息

采用循环伏安电沉积法在碳布上制备MnO_(2)薄膜电极,探究扫描速率对所制备电极材料的结构、形貌和电化学性能的影响。运用拉曼、扫描电子显微镜对材料的结构和形貌进行表征,通过循环伏安法和恒电流充放电对比了不同扫描速率下制备的电极材料在1 mol/L Na_(2)SO_(4)溶液中的超电容性能。研究发现通过调节电沉积的扫描速率能够可控合成不同形貌的MnO_(2),电沉积的扫描速率为40 mV/s时制备的样品的电化学性能最好。通过对本实验的学习,学生可以更好地了解新能源领域的前沿动态,掌握材料制备新工艺以及先进的测试表征技术。通过实验内容与所学理论知识相结合,能显著提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力,激发创新思维。

关键词：循环伏安法 MnO_(2) 超级电容器

PFAS及含氟气体管控下环保绝缘气体研究与电力装备应用展望

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 362-376,I0030页

作者：张晓星肖淞张博雅李祎田双双李兴文傅明利唐炬唐念赵波曾纪珺新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 湖北省武汉市430068 电网环境保护全国重点实验室(武汉大学电气与自动化学院) 湖北省武汉市430072 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510080 广东电网有限责任公司电力科学研究院广东省广州市510699 氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室(西安近代化学研究所) 陕西省西安市710065

全球气候变化背景下,SF6的使用将受到更严格的限制。以C_(4)F_(7)N和C_(5)F_(10)O等为代表的低全球变暖潜在值(global warming potential,GWP)、高绝缘强度气体得到了广泛关注,相关高压电气装备已在多个国家推广应用。然而随着2019年《... 详细信息

全球气候变化背景下,SF6的使用将受到更严格的限制。以C_(4)F_(7)N和C_(5)F_(10)O等为代表的低全球变暖潜在值(global warming potential,GWP)、高绝缘强度气体得到了广泛关注,相关高压电气装备已在多个国家推广应用。然而随着2019年《斯德哥尔摩公约》的签署,世界多国逐步出台了针对全氟烷基和多氟烷基物质(polyfluoroalkylsubstances,PFAS)以及含氟气体限制使用的法规和标准,以美国和欧盟为代表的激进PFAS政策也间接导致3M公司计划于2025年底累计停产包括C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O在内的58种含氟物质。为此,该文深入剖析PFAS及含氟气体管控背景下环保绝缘气体与装备发展面临的挑战,阐述相关政策对我国气体绝缘装备低碳发展的影响,指出氟碳类环保绝缘气体的全生命周期管控标准的制定及应用监管规范化是目前的重要工作,并对新型绝缘气体分子设计方法、绝缘与放电理论、工程应用技术及产品研发等方面的未来发展进行展望,以期为我国环保电力装备研发及相关政策的制定提供参考。

关键词：环保绝缘气体多氟烷基物质(polyfluoroalkyl substances,PFAS) 含氟气体管控政策

α-MnO_(2)@氮掺杂TiO_(2)/碳纸多孔结构构筑高性能超级电容器

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复合材料学报 2022年第4期39卷 1628-1637页

作者：苏小辉谢启星何青青余林骆高丹广东工业大学轻工化工学院广州市清洁交通能源化学重点实验室广州510006

MnO_(2)由于价格低廉、资源丰富、理论比电容高和环境友好等优点而成为理想的超级电容器电极材料。然而,如何通过成本低的合成方法获得高负载量和高性能的MnO_(2)电极材料,仍是一项重大的挑战。因此,通过晶种辅助水热合成及氮化处理,在... 详细信息

MnO_(2)由于价格低廉、资源丰富、理论比电容高和环境友好等优点而成为理想的超级电容器电极材料。然而,如何通过成本低的合成方法获得高负载量和高性能的MnO_(2)电极材料,仍是一项重大的挑战。因此,通过晶种辅助水热合成及氮化处理,在预处理碳纤维纸(CFP)表面生长了氮掺杂TiO_(2)(N-TiO_(2))纳米棒阵列,然后再通过水热合成在N-TiO_(2)上生长了新颖的纳米带缠绕纳米花分级混合结构的α-MnO_(2)(α-MnO_(2)@NTiO_(2)/CFP)。这种分级多孔纳米带缠绕纳米花及纳米棒阵列混合结构能够提供合适的几何空间和电子结构,有助于抑制高质量负载下的活性物质堆积,提高了电极材料的比电容。在α-MnO_(2)负载量高达20.9 mg·m^(-2)的情况下,该电极材料在电流密度为1 mA·m^(-2)时的面积比容量高达3.0 F·cm^(−2),且循环5000次后无电容衰减,具有优异的循环稳定性。因此,α-MnO_(2)@N-TiO_(2)/CFP电极材料是一种极具应用潜力的超级电容器电极材料。

关键词：复合材料高负载量纳米材料水热合成 TiO_(2) α-MnO_(2) 分级混合结构超级电容器

不同晶型MnO_(2)纳米阵列的可控合成及其电催化析氧性能

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无机化学学报 2022年第2期38卷 333-343页

作者：黄乐珩程高赵英霞谢启星孙钺唐诗昌孙明余林广东工业大学轻工化工学院广东省教育厅清洁化学技术重点实验室广州510006 广东工业大学轻工化工学院广东省植物资源生物炼制重点实验室广州510006 广东工业大学轻工化工学院广州市清洁交通能源化学重点实验室广州510006

采用一步水热法,通过改变反应温度和硫酸的用量,在碳纸(CFP)表面可控合成了α‑MnO_(2)纳米线和δ‑MnO_(2)纳米片阵列,研究了MnO_(2)纳米阵列的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,在碱性介质中,α‑MnO_(2)纳米线阵列的OER活性优于δ‑MnO... 详细信息

采用一步水热法,通过改变反应温度和硫酸的用量,在碳纸(CFP)表面可控合成了α‑MnO_(2)纳米线和δ‑MnO_(2)纳米片阵列,研究了MnO_(2)纳米阵列的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,在碱性介质中,α‑MnO_(2)纳米线阵列的OER活性优于δ‑MnO_(2)纳米片阵列,在电流密度为10 mA·cm^(-2)时,α‑MnO_(2)纳米线阵列的析氧过电位为444 mV(δ‑MnO_(2)纳米片的过电位为522 mV)。通过X射线光电子能谱的表征分析可知,更高含量的Mn^(3+)和表面更丰富的氧空位浓度是α‑MnO_(2)纳米线阵列催化活性更高的原因。

关键词：二氧化锰纳米阵列晶型析氧反应电催化

“蛋黄-蛋壳”结构纳米反应器的设计、调控及在锂硫电池正极中的应用研究

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高等学校化学学报 2023年第1期44卷 163-180页

作者：吴钰洁黄文治潘俊达石凯祥刘全兵广东工业大学轻工化工学院广州市清洁交通能源重点实验室广东省植物资源生物炼制重点实验室广州510006 化学与精细化工广东省实验室揭阳分中心揭阳515200

锂硫电池具有理论能量密度高等优势,被认为是最有前景的一类新型二次电池.硫正极存在硫和硫化锂的导电性差、可溶性多硫化物的扩散/穿梭、循环过程中硫的体积膨胀以及氧化还原过程慢等问题,严重制约着电池的活性和循环稳定性.设计“蛋黄... 详细信息

锂硫电池具有理论能量密度高等优势,被认为是最有前景的一类新型二次电池.硫正极存在硫和硫化锂的导电性差、可溶性多硫化物的扩散/穿梭、循环过程中硫的体积膨胀以及氧化还原过程慢等问题,严重制约着电池的活性和循环稳定性.设计“蛋黄-蛋壳”结构纳米反应器应用于锂硫电池正极,可通过调控其“蛋黄”、“蛋壳”和“空腔”结构缓解充放电过程中电极的体积变化,为离子/电子输运提供快速通道,强化对多硫化物的吸附和催化转换作用等,进而提高电极的活性和循环性能,有利于推进锂硫电池的商业化进程.本文总结了“蛋黄-蛋壳”结构纳米反应器的设计和调控策略,包括单核-单壳、单核-多壳、多核-单壳以及多核-多壳等,并结合锂硫电池的工作特点和目前应用存在的问题,对未来发展前景进行了展望.

关键词： “蛋黄-蛋壳”结构设计调控锂硫电池纳米反应器

机器学习在设计高性能锂电池正极材料与电解质中的应用

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化学进展 2023年第4期35卷 577-592页

作者：刘振东潘嘉杰刘全兵广州市清洁交通能源重点实验室广东省植物资源生物炼制重点实验室广东工业大学轻工化工学院广州510006 化学与精细化工广东省实验室揭阳分中心揭阳515200

随着大数据和人工智能的发展以及机器学习(ML)与化学学科领域的交叉,ML技术与电池领域的结合激发了更有前途的电池开发方法,尤其在电池材料设计、性能预测、结构优化等方面的应用愈加广泛。应用ML可以有效地加速电池材料的筛选进程并预... 详细信息

随着大数据和人工智能的发展以及机器学习(ML)与化学学科领域的交叉,ML技术与电池领域的结合激发了更有前途的电池开发方法,尤其在电池材料设计、性能预测、结构优化等方面的应用愈加广泛。应用ML可以有效地加速电池材料的筛选进程并预测锂电池(LBs)的性能,从而推动LBs的发展。本文简要介绍了ML的基本思想及其在LBs领域中几种重要的ML算法,之后讨论了传统模拟计算方法与ML方法各自的误差表现及分析,借此来提高LBs专家对ML方法的理解。其次,重点介绍了ML在电池材料实际开发中的应用,包括正极材料、电解质、材料多尺度模拟及高通量实验(HTE)等方面,借此介绍ML方法在电池领域应用的思想和手段。最后,总结了ML方法在锂电池领域中的研究现状并展望了其应用前景。本综述旨在阐明ML在LBs开发中的应用,并为先进LBs的研究提供借鉴。

关键词：锂电池机器学习材料筛选材料设计性能预测

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三元低共熔溶剂预处理甘蔗渣的酶解性能研究

林产化学与工业 2023年第2期43卷 135-142页

作者：陶顺辉张可炫李碧莹郑晓洁刘耀林晓清广东工业大学轻工化工学院广东广州510006 广东省植物资源生物炼制重点实验室广东广州510006 广州市清洁交通能源化学重点实验室广东广州510006

以制糖工业副产物甘蔗渣(SCB)作为木质纤维原料,使用具有优异相转移催化能力的三乙基苄基氯化铵(TEBAC)、无毒无害的甘油(GL),以及高价态路易斯酸六水合氯化铝(ACH)组成的三元低共熔溶剂(DES)对SCB进行预处理,系统考察了DES物质的量之... 详细信息

以制糖工业副产物甘蔗渣(SCB)作为木质纤维原料,使用具有优异相转移催化能力的三乙基苄基氯化铵(TEBAC)、无毒无害的甘油(GL),以及高价态路易斯酸六水合氯化铝(ACH)组成的三元低共熔溶剂(DES)对SCB进行预处理,系统考察了DES物质的量之比、预处理温度、预处理时间、固液质量比对SCB中各组分含量和纤维素酶解效率的影响。研究结果表明:最佳预处理条件为n TEBAC∶n GL∶n ACH为1∶2∶0.05、预处理时间30 min、预处理温度120℃和固液质量比1∶15,此优化条件下木质素去除率达到(86.23±2.11)%,纤维素保留率为(94.51±2.03)%,酶解纤维素转化率达到(98.21±1.02)%,相较于未处理SCB提高了2倍,葡萄糖得率高达(81.94±1.98)%,提高了1.5倍。SEM、FT-IR和XRD分析结果表明:三元DES预处理能够有效去除SCB中的木质素和半纤维素,从而使纤维素的结晶度由未预处理的41.19%提高到预处理后的65.87%。DES经过5次循环利用后,纤维素转化率和葡萄糖得率仍达到(92.36±1.64)%和(74.45±1.12)%,依旧保持了较好的预处理效果。

关键词：三元低共熔溶剂甘蔗渣预处理酶解

生物基聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯的改性研究进展

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林产化学与工业 2022年第2期42卷 125-136页

作者：林晓清陶顺辉胡蕾郑晓洁张晓东刘耀广东工业大学轻工化工学院广东广州510006 广东省植物资源生物炼制重点实验室广东广州510006 广州市清洁交通能源化学重点实验室广东广州510006

石油资源日渐枯竭、白色污染日趋严重,以木质纤维素资源为原料制备生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)已成为生物炼制与绿色化工领域研究的热点之一。与广泛应用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碳酸酯(PC)等石油基塑料相比,PEF不仅具有... 详细信息

石油资源日渐枯竭、白色污染日趋严重,以木质纤维素资源为原料制备生物基聚呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)已成为生物炼制与绿色化工领域研究的热点之一。与广泛应用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚碳酸酯(PC)等石油基塑料相比,PEF不仅具有优异的热性能和机械强度,而且在气体阻隔性能上的优势更为明显,被认为是PET的完美替代品。然而,PEF存在断裂伸长率过低、产品颜色深、难以降解、深结晶速度慢等问题,因此,在实际应用中需要对其进行改性。本文重点综述了PEF改性研究的进展,包括共聚、共混等多种改性方法;总结了催化剂类型、不同二醇或二酸改性单体、反应进行方式以及添加剂等对PEF性能影响的规律,并展望了改性PEF的发展趋势和应用前景。

关键词：呋喃二甲酸聚呋喃二甲酸乙二醇酯共聚改性共混改性

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木质素基碳材料催化剂的制备及应用研究进展

化工进展 2022年第5期41卷 2441-2450页

作者：薛李静费星刘江淋吴林军仇中杰许权洲钟晓文林绪亮秦延林广东工业大学轻工化工学院广东省植物资源生物炼制重点实验室广东广州510006

木质素具有三维网状苯环结构、来源丰富、含碳量高、官能团丰富可控等特点,是一种理想的碳材料前体。通过化学改性和微结构调控制备具有特殊功能的木质素基碳材料,其在能源催化转化、电化学储能和环境修复等领域应用广泛。本文介绍了木... 详细信息

木质素具有三维网状苯环结构、来源丰富、含碳量高、官能团丰富可控等特点,是一种理想的碳材料前体。通过化学改性和微结构调控制备具有特殊功能的木质素基碳材料,其在能源催化转化、电化学储能和环境修复等领域应用广泛。本文介绍了木质素基碳材料催化剂的国内外最新研究进展,总结了木质素基碳材料催化剂的制备方法,重点综述了木质素基碳材料催化剂在氧化反应、氢解反应、酯化反应、水解反应、脱水反应、费托合成等热催化反应、电解水析氢和锌空气电池氧还原等电催化反应、有机污染物降解等光催化反应的研究进展,但如何构筑高效、稳定、廉价、可规模生产的木质素基碳材料催化剂仍然是一个具有挑战性的课题。文章总结:今后研究中应加强对木质素的基础化学结构和微结构调控、活性组分与木质素碳材料载体间的相互作用、木质素基碳材料催化剂在催化反应中的作用机理等的研究,更好地发挥其低成本、三维结构易成型和微结构可调控等优势,拓展木质素生物质资源的高值化利用领域。

关键词：木质素碳材料催化剂电催化光催化

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