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工作电压对PEMFC膜电极衰退影响模拟研究

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化工学报 2024年第3期75卷 974-986页

作者：谭耀文姜攀星杜青余婉秋温小飞詹志刚武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 燃料电池湖北省重点实验室湖北武汉430070 东海实验室浙江舟山316022

为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加... 详细信息

为研究长期稳定运行条件下,工作电压对质子交换膜燃料电池膜电极衰退状况的影响,建立了包含碳腐蚀、Pt氧化与溶解以及离聚物降解的PEMFC多物理场耦合模型进行数值模拟。研究结果表明:随着工作电压增加,阴极催化层中Pt溶解与碳腐蚀速率加快,500 h后Pt表面氧化的区域大幅增加,阴极催化层中团聚体半径与质子交换膜中磺酸基团浓度剧烈减小,衰退区域主要集中在阴极入口处且高电压下衰退程度急剧增加。电池在0.8 V下运行500 h后,阴极入口处阴极催化层与膜厚度显著减小,分别降低13.62%与35.30%;阴极催化层电化学活性面积和膜的离子电导率分别减小59.9%与6.9%,膜的当量质量增加7.4%,且上述指标前100 h内衰退剧烈,随后逐渐趋于平缓。可为膜电极材料设计与控制策略的优化提供参考。

关键词：质子交换膜燃料电池膜电极工作电压计算流体力学衰退模拟

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液态合金/二硫化钼自修复负极材料的制备及其电化学性能

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硅酸盐学报 2024年第6期52卷 2024-2031页

作者：朱传晖郭磊胡涛龚兴厚吴崇刚郑譞湖北工业大学材料与化学工程学院绿色轻工材料湖北省重点实验室武汉430068 湖北隆中实验室湖北襄阳441002

二硫化钼在可充电电池等能源存储领域具有广阔的应用前景,然而其电子导电性较差、充放电过程中易粉化和团聚等问题限制了其发展。采用水热法一步合成了液态合金(LM)和二硫化钼(MoS_(2))的复合负极材料(LM@MoS_(2))。通过XRD、SEM等综合... 详细信息

二硫化钼在可充电电池等能源存储领域具有广阔的应用前景,然而其电子导电性较差、充放电过程中易粉化和团聚等问题限制了其发展。采用水热法一步合成了液态合金(LM)和二硫化钼(MoS_(2))的复合负极材料(LM@MoS_(2))。通过XRD、SEM等综合表征方法对复合材料的结构和形态特性进行了研究。结果表明,液态合金通过静电吸附和配位键等方式有效结合于MoS_(2),形成稳定的复合结构。此外,复合材料具有较高的可变形性和化学稳定性,促进了电极材料裂纹表面的修复,减少了内部氧化还原反应,提高了锂离子电池的循环稳定性。当LM与MoS_(2)质量比为2:1时,复合材料表现出最佳性能。在0.1 A·g^(−1)的电流密度下,经过100次循环,复合材料的比容量稳定在656.1 m A·h·g^(−1),容量保持率达74.3%,该研究为锂离子电池电极的裂纹自修复提供了新思路。

关键词：二硫化钼液态合金锂离子电池负极材料自修复

Co/Zr/Al_(2)O_(3)-Pt/ZSM-5催化剂的制备及其合成气转化制液体燃料性能研究

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燃料化学学报（中英文） 2024年第5期52卷 656-666页

作者：李航张煜华向容艾心燕闫浩宇刘成超李金林中南民族大学、催化转化与能源材料化学教育部重点实验室、催化材料科学湖北省重点实验室湖北武汉430074

以Co基催化剂耦合沸石分子筛催化剂应用于合成气催化转化可以有效改善催化剂的产物选择性。本研究通过浸渍法制备得到Zr/Al_(2)O_(3)载体和Pt/ZSM-5催化剂,再通过超声分散法制备了Co/Al_(2)O_(3)、Co/Zr/Al_(2)O_(3)和Co/Zr/Al_(2)O_(3)... 详细信息

以Co基催化剂耦合沸石分子筛催化剂应用于合成气催化转化可以有效改善催化剂的产物选择性。本研究通过浸渍法制备得到Zr/Al_(2)O_(3)载体和Pt/ZSM-5催化剂,再通过超声分散法制备了Co/Al_(2)O_(3)、Co/Zr/Al_(2)O_(3)和Co/Zr/Al_(2)O_(3)-Pt/ZSM-5催化剂。通过系列表征技术对载体和催化剂理化性质进行分析,评价了催化剂费-托合成反应性能。结果表明,Zr的引入有助于提升Co/Zr/Al_(2)O_(3)上Co物种的还原性,改善催化活性,增加C_(12+)重质烃的选择性。当Co/Zr/Al_(2)O_(3)与Pt/ZSM-5耦合后,由于贵金属Pt的助剂效应,进一步促进Co物种的还原,Co/Zr/Al_(2)O_(3)-Pt/ZSM-5催化剂的CTY值提高至8.3×10^(−5) mmol/(g·s),同时具有较低的CH_(4)、C_(2)−C_(4)产物选择性。此外,Pt/ZSM-5的酸性促进C_(12+)产物的部分裂解,使产物分布向C_(5)−C_(11)液态烃偏移,C_(5)−C_(11)产物选择性达到45.9%。本研究为设计和制备高效的费-托合成催化剂提供了参考。

关键词：钴基催化剂 ZSM-5 超声分散法费-托合成

超晶格插入层对InGaN/GaN多量子阱的应变调制作用

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物理学报 2024年第7期73卷 292-299页

作者：曹文彧张雅婷魏彦锋朱丽娟徐可颜家圣周书星胡晓东湖北文理学院物理与电子工程学院低维光电材料与器件湖北省重点实验室襄阳441053 湖北台基半导体股份有限公司大功率半导体技术湖北省重点实验室襄阳441021 武汉大学电子制造与封装集成湖北省重点实验室武汉430072 北京大学物理学院人工微结构和介观物理国家重点实验室北京100871

在InGaN/GaN异质结构量子阱内存在巨大的压电极化场,这严重地削弱了量子阱的发光效率.为了减弱量子阱内的压电极化场,通常引入应变调制插入层提升器件的发光性能.为了研究InGaN/GaN超晶格的应变调制效果和机理,实验设计制备了具有n型InG... 详细信息

在InGaN/GaN异质结构量子阱内存在巨大的压电极化场,这严重地削弱了量子阱的发光效率.为了减弱量子阱内的压电极化场,通常引入应变调制插入层提升器件的发光性能.为了研究InGaN/GaN超晶格的应变调制效果和机理,实验设计制备了具有n型InGaN/GaN超晶格插入层的外延结构及其对照样品.变温光致发光谱测试表明引入n型InGaN/GaN超晶格插入层的样品发光波长更短且内量子效率提升,相应的电致发光谱积分强度也显著增加且半宽减小,说明引入超晶格应变插入层可以在一定程度上抑制影响发光效率的量子限制Stark效应.理论计算结果表明:在生长有源区量子阱前引入超晶格应变层,可以削弱有源区量子阱内极化内建电场,减弱有源区量子阱能带倾斜,增加电子空穴波函数交叠,提高发射几率,缩短辐射复合寿命,有利于辐射复合与非辐射复合的竞争,实现更高的复合效率,从而提高发光强度.本文从实验和理论两方面验证了超晶格应变调制插入层可以有效改善器件性能,为器件的结构设计优化指明方向.

关键词： GaN 多量子阱超晶格应变调制

基于摇床法的多级孔聚苯乙烯微球的制备及负载催化性能

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高分子材料科学与工程 2024年第7期40卷 35-42页

作者：张金铭王楠张高文湖北工业大学材料与化学工程学院绿色轻工材料湖北省重点实验室湖北武汉430068

文中以苯乙烯(St)和二乙烯基苯(DVB)为单体,通过分散聚合、两步种子溶胀法及超交联反应法合成了富含微孔、介孔和大孔的多级孔聚苯乙烯(PS)微球,借助摇床法实现了微球批量化制备;然后以氯金酸(HAuCl_(4))为前驱体,采用热还原法在多级孔P... 详细信息

文中以苯乙烯(St)和二乙烯基苯(DVB)为单体,通过分散聚合、两步种子溶胀法及超交联反应法合成了富含微孔、介孔和大孔的多级孔聚苯乙烯(PS)微球,借助摇床法实现了微球批量化制备;然后以氯金酸(HAuCl_(4))为前驱体,采用热还原法在多级孔PS微球上原位负载金纳米颗粒(Au NPs),得到Au NPs/多级孔PS复合微球。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、全自动物理吸附仪、X射线电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)等对微球的结构进行了表征。结果表明,采用摇床法能得到具有良好单分散性的PS微球,随着分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量增加,微球粒径逐渐减小;采用甲苯/邻苯二甲酸二丁酯为致孔剂,可得到具有较高比表面积的多孔PS微球,超交联反应后微球比表面积进一步提高到565.22 m^(2)/g;XRD和XPS分析结果表明,HAuCl_(4)被还原为Au NPs,并成功负载于多级孔PS微球中;将其用作NaBH4还原刚果红的催化剂,14 min即可达到95%的降解效果,经过10次循环后催化效果仍能保持83.8%,具有良好的循环稳定性。

关键词：多级孔聚苯乙烯微球金纳米颗粒超交联催化性能

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二维碳基Janus薄膜的研究进展

高分子材料科学与工程 2024年第5期40卷 181-190页

作者：李汭文徐祖顺杨婷婷姚丽湖北大学材料科学与工程学院湖北省高分子材料重点实验室湖北武汉430062

以碳纳米管(CNTs)及石墨烯为代表的碳纳米材料具有卓越的物理、化学、电学和光学性质。其可控组装的二维碳基薄膜具有高比表面积、高透过率和良好柔性,广泛应用于柔性薄膜、微电子器件及储能领域。在此基础上引入高分子组分结合形成二... 详细信息

以碳纳米管(CNTs)及石墨烯为代表的碳纳米材料具有卓越的物理、化学、电学和光学性质。其可控组装的二维碳基薄膜具有高比表面积、高透过率和良好柔性,广泛应用于柔性薄膜、微电子器件及储能领域。在此基础上引入高分子组分结合形成二维碳基Janus薄膜,不仅维持了其导电导热性,还结合了高分子的刺激响应和调控特性,通过非对称特征,实现了物理和化学性质的协同,大幅拓宽了其应用领域。文中综述了二维碳基Janus薄膜的研究近况。首先从物理法和化学法两方面介绍了二维碳基Janus薄膜的制备方法及其优缺点,物理法包括界面成膜法、真空抽滤法和层层组装法等;化学法包含界面聚合及化学接枝等方法。然后总结了二维碳基Janus薄膜在传感、驱动、海水淡化、油水分离等多个领域的应用现状。最后讨论了二维碳基Janus膜的发展前景及面临的挑战。

关键词： Janus膜二维碳基薄膜传感器驱动器海水淡化油水分离

金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

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物理学报 2024年第14期73卷 201-213页

作者：丁怡洋邹帅孙华苏晓东苏州大学物理科学与技术学院江苏省薄膜材料重点实验室苏州215006 江苏省先进负碳技术重点实验室苏州215123

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的... 详细信息

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

关键词：透明导电体金属网格电极复合介质有限元仿真

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准等静压制备ANbTeO_(6)(A=K,Rb)透明陶瓷的结构与光学性能

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硅酸盐学报 2024年第3期52卷 836-844页

作者：李燕赵倩倩靖正阳涂兵田王皓武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070 湖北隆中实验室湖北襄阳441000

具有立方晶体结构的缺陷烧绿石ANbTeO_(6)(A=K,Rb)陶瓷是一类颇具潜力的新型透明陶瓷材料,但RbNbTeO_(6)透明陶瓷制备鲜见报道,且A位离子对透明陶瓷的结构及其光学性能的影响尚缺乏研究。本工作采用固相反应合成了KNbTeO_(6)(KNT)和RbNb... 详细信息

具有立方晶体结构的缺陷烧绿石ANbTeO_(6)(A=K,Rb)陶瓷是一类颇具潜力的新型透明陶瓷材料,但RbNbTeO_(6)透明陶瓷制备鲜见报道,且A位离子对透明陶瓷的结构及其光学性能的影响尚缺乏研究。本工作采用固相反应合成了KNbTeO_(6)(KNT)和RbNbTeO_(6)(RNT)单相陶瓷粉体,通过无压预烧结合准等静压烧结制备出了光学性能优良的透明陶瓷,系统比较了二者的光学带隙、折射率与色散、红外截止波长。结合对2种材料的晶体结构分析,发现晶格常数随A位离子半径从10.247 9A(KNT)增大为10.258 0A(RNT),但(Nb/Te)—O键长变化不大。与KNbTeO_(6)(2.23 eV)相比,RbNbTeO_(6)透明陶瓷的带隙减小到2.20 eV,导致可见光吸收边略微红移;分子电子极化率和晶胞体积增大使材料在589.3 nm处的光学折射率从1.973 (KNT)上升至2.013 (RNT);(Nb/Te)O_(6)八面体振动的减弱使RNT的红外截止波长拓宽了约0.3μm。本研究有助于加深对ANbTeO_(6)(A=K,Rb)缺陷烧绿石透明陶瓷组成、结构与光学性能关系的认识。

关键词：缺陷烧绿石透明陶瓷准等静压晶体结构光学性能

吉帕级单轴应力下Mn_(3)Sn单晶的磁化率增强

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物理学报 2024年第12期73卷 359-366页

作者：邓珊珊宋平刘潇贺姚森赵谦毅燕山大学理学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北省微结构材料物理重点实验室秦皇岛066000

如何在室温下实现非共线反铁磁Mn_(3)Sn自旋的调控是一项挑战.本文通过对Mn_(3)Sn单晶施加GPa级单轴应力调控其磁结构,发现随着应力的增大,晶格常数a逐渐减小.此外,GPa级单轴应力下Mn_(3)Sn的磁化率(χ)不同于MPa级单轴应力下的结果,其... 详细信息

如何在室温下实现非共线反铁磁Mn_(3)Sn自旋的调控是一项挑战.本文通过对Mn_(3)Sn单晶施加GPa级单轴应力调控其磁结构,发现随着应力的增大,晶格常数a逐渐减小.此外,GPa级单轴应力下Mn_(3)Sn的磁化率(χ)不同于MPa级单轴应力下的结果,其值不再是一个定值,而是随着应力的增大而增大.当沿[1120]方向施加1.12 GPa应力后,χ达到0.0203μB/(f.u.T);当沿[0110]方向施加1.11 GPa应力后,χ达到0.0332μB/(f.u.T),为未变形样品的2.4倍.进一步的实验结果表明,GPa级的单轴应力打破了kagome晶格的面内六边形的对称性,从而改变Mn原子间的交换相互作用,增强体系的反铁磁耦合作用,使χ不再是一个定值.这一发现将会为反铁磁自旋调控提供新的思路.

关键词：反铁磁单轴应力单晶晶格畸变