在超重力条件下电沉积NiW合金镀层, 考察了超重力对NiW合金电沉积过程(各元素分电流、W含量和槽电压等)的影响规律; 并利用扫描电子显微镜(SEM)、Tafel 技术和电化学阻抗谱(EIS)技术研究了电沉积NiW合金镀层的表面形貌和在NaOH溶液中的抗腐蚀性能, 同时通过浸泡实验考察了镀层的稳定性. 结果发现, 与常重力条件电沉积的NiW合金相比, 超重力场电沉积的NiW合金中W含量增加, 镀层表面无微裂纹产生; 在10%(w) NaOH溶液中镀层自腐蚀电位正移, 自腐蚀电流密度减小, 腐蚀电阻也由常重力(重力系数G=1)时的865 Ω·cm²增大至超重力(G=256)时的2305 Ω·cm²; 在10% NaOH溶液中浸泡144 h 后, 超重力场电沉积的NiW合金表面无破碎和起皮现象发生. 超重力技术在NiW合金电沉积过程中的应用, 使镀层的耐碱腐蚀性能得到改善.

采用静电纺丝技术, 以聚丙烯腈(PAN)/醋酸锌为前驱体制备复合纳米纤维, 随后经碳化、酸化获得多孔碳纳米纤维. 扫描电子显微镜(SEM)观察发现, 碳纳米纤维表面分布大量孔洞. N₂吸脱附等温曲线(BET)测试材料比表面积达413 m²·g^-1. 循环伏安法(CV)和恒流充放电(CP)性能测试表明: 多孔碳纳米纤维具有较好的电化学性能, 在1 A·g^-1的电流密度下比电容达275 F·g^-1. 相比碳纳米纤维比容量提高了162%.

采用5-磺基水杨酸(SSA)辅助水热法制备了Co-Ni 层状双氢氧化物(Co_xNi_1-x LDHs), 通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、场发射扫描电镜(FE-SEM)和透射电镜(TEM)研究其结构与形貌. 结果表明, 通过调控反应体系中Co、Ni 的配比, 可以得到不同形貌的Co_xNi_1-x LDHs. 在Co的摩尔分数为0.24时, 形成了由纳米片组装的花瓣状纳米球. 循环伏安和恒流充放电测试表明, 这种花瓣状结构的双氢氧化物在1 A·g^-1电流密度下, 比电容值达到1735 F·g^-1.

采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米纤维(PANI/CNF)复合材料, 用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和孔分布及比表面积测定仪研究了复合材料的表面官能团、组成、表面形貌及比表面积, 并运用循环伏安(CV)法和计时电位法测试了PANI/CNF 布作为电极材料的电化学性能. 研究结果表明: PANI/CNF 复合材料具有粗糙的毛刺结构, PANI 沿碳纳米纤维均匀分布; PANI/CNF 电极氧化还原反应的可逆性良好; 在100 mA·g^-1电流密度下, 当PANI 含量为44.4%(w)时, 复合材料比电容量高达587.1 F·g^-1,比能量为66.1 Wh·kg^-1, 电流密度为800 mA·g^-1时比功率可达1014.2 W·kg^-1; 在5 A·g^-1的电流密度下, 1000次循环充放电后, 复合材料的比电容量衰减28%. PANI/CNF 复合材料具有良好的导电性和快速充放电能力,是一种优良的超级电容器电极材料.

以乙酰丙酮(ACAC)为螯合剂、聚乙二醇(PEG)为分散剂, 采用溶胶-凝胶法合成了尖晶石型Li₄Ti₅O_l2/TiN 材料. 考察了TiN 膜对尖晶石型Li₄Ti₅O_l2锂离子电池负极材料电化学性能的影响. 利用X射线光电子能谱(XPS)对Li4Ti5O12表面的TiN 膜进行了分析. X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明, Li₄Ti₅O_l2/TiN材料为结晶良好的亚微米纯相尖晶石型钛酸锂. 电化学性能测试表明, 该材料的首次放电比容量为173.0mAh·g^-1, 并且具有良好的循环性能, 以0.2C、1C、2C、5C 倍率放电进行测试, 10 次循环后比容量分别为170.6、147.6、135.6、111.0 mAh·g^-1, 较之表面无TiN 膜的钛酸锂材料表现出更好的倍率特性. 循环伏安曲线(CV), 交流阻抗图谱(EIS)进一步论证了TiN 膜改善了尖晶石型Li₄Ti₅O_l2锂离子电池负极材料的电化学性能.

采用两步浸渍-还原法制备了一种具有高Pt 利用效率, 高性能的Pt 修饰的Ru/C催化剂(Ru@Pt/C). 对于甲醇的阳极氧化反应, 该催化剂的单位质量铂的催化活性分别为Pt/C、自制PtRu/C 和商业JM PtRu/C 催化剂的1.9、1.5和1.4倍; 其电化学活性比表面积分别为Pt/C 和自制PtRu/C的1.6和1.3倍. 尤为重要的是该催化剂对甲醇氧化中间体具有很好的去除能力, 其正向扫描的氧化峰的峰电流密度(I_f)与反向扫描氧化峰的峰电流密度(I_b)之比可高达2.4, 为Pt/C 催化剂的I_f/I_b的2.7 倍, 表明催化剂具有很好的抗甲醇氧化中间体毒化的能力.另外, Ru@Pt/C催化剂的稳定性也高于Pt/C、自制PtRu/C 和商业JM PtRu/C 催化剂的稳定性. 采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行了表征, Pt 在Ru表面的包覆结构得到了印证. Ru@Pt/C的高铂利用效率、高性能和高抗毒能力使其有望成为一种理想的直接甲醇燃料电池电催化剂.

为了解HClO₄、NH₄ClO₄和NaClO₄电解液对炭载Pd(Pd/C)催化剂电极对甲酸氧化的电催化性能的影响, 在用X射线衍射(XRD)谱、能量色散谱(EDS)和透射电子显微镜(TEM)对Pd/C 催化剂进行表征的基础上,采用电化学方法测量了Pd/C催化剂在不同电解液中对甲酸氧化的电催化性能. 发现在不同电解液中, Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性按NH₄ClO₄>NaClO₄>HClO₄的次序降低. 由于甲酸的存在, 不同电解液的pH相差较小, 因此, 电解液的pH影响较小, 而阳离子的影响较大. 在NaClO₄电解液中的性能优于在HClO₄电解液中的性能是pH的影响. 在NH₄ClO₄电解液中的性能优于在NaClO₄电解液中是由于NH₄⁺能降低CO在Pd/C催化剂电极上的吸附强度和吸附量, 这一发现对提高直接甲酸燃料电池(DFAFC)的性能很有意义.

采用腐蚀失重法、电化学阻抗谱(EIS)和表面分析技术研究了Q235钢在假单胞菌和铁细菌共同作用下的腐蚀行为. 结果表明: 与单种菌相比, 两种菌混合作用下Q235钢腐蚀受到了抑制. 混菌体系中金属电极自腐蚀电位升高, 腐蚀电流密度减小, 交流阻抗值随时间增大. 扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明混合菌体系中Q235钢表面形成了均匀致密的腐蚀产物膜.

以铂为基底电极, 在1-乙基咪唑三氟乙酸盐(HEImTfa)离子液体中电化学合成导电聚吡咯(PPy), 制得PPy-HEImTfa/Pt 电极; 采用循环伏安法研究了PPy-HEImTfa/Pt 电极对抗坏血酸的电催化氧化性能. 结果表明: PPy-HEImTfa/Pt 电极对0.1 mol·L^-1抗坏血酸具有较高的电催化氧化活性, 与相同条件下硫酸溶液中在铂表面修饰的聚吡咯(PPy-H₂SO₄/Pt)电极和裸铂电极相比, 其氧化峰电位分别降低了0.10和0.19 V, 氧化峰电流分别增加了3.0和3.6 mA. 同时采用原位傅里叶变换红外(in situ FTIR)光谱技术对抗坏血酸在PPy-HEImTfa/Pt 电极上的电氧化机理进行了研究, 结果表明: 抗坏血酸在PPy-HEImTfa/Pt 电极上首先被氧化为脱氢抗坏血酸, 在水溶液中脱氢抗坏血酸迅速发生水合作用形成水合脱氢抗坏血酸, 它进一步水解并发生内酯开环反应生成2,3-二酮古洛糖酸; 在较高电位下, 部分抗坏血酸最终被氧化成CO₂.

以聚芳酰胺-多壁碳纳米管混合物为载体, 利用漆酶表面氨基与聚芳酰胺主链端羧基的共价偶联以及碳纳米管与漆酶间的疏水作用, 构筑了具有较高稳定性和电催化活性的漆酶修饰电极. 并对该固酶修饰电极的固酶量、酶活力、电化学行为及其电催化氧还原的性能进行了表征. 对漆酶分子具有亲和力的聚芳酰胺芳环结构及聚芳酰胺端羧基与漆酶表面氨基的共价偶联避免了漆酶的脱落和变性. 而碳纳米管与聚芳酰胺的混合使得该三维修饰电极具有良好的电子导电性, 并成功地实现了漆酶的氧化还原活性位与电极之间的直接电荷转移, 这一点可由在0.73 和0.38 V附近观察到漆酶的T₁和T₂ (漆酶的T₁, T₂铜活性位的形式电位分别为0.78 和0.39 V (vs NHE))铜活性位的两对氧化还原峰确认. 漆酶的担载量为56.0 mg·g^-1, 具有电化学活性的漆酶占总担载漆酶量的68%. 在pH=4.4磷酸盐缓冲溶液中, 该修饰电极上氧气还原的起始电位为0.55 V, 其对氧气的米氏常数K_M为55.8 μmol·L^-1, 对氧气的检测限为0.57 μmol·L^-1. 在4 ℃下保存两个月后能实现直接电荷转移的漆酶量仅下降了14%左右而氧还原超电势提高了约50 mV. 结果表明该修饰电极有望用作酶基生物燃料电池的阴极和电流型氧气传感器.

研究并讨论了在新型柠檬酸盐体系铜电沉积工艺中电镀工艺参数对镀层形貌和颗粒尺寸的影响; 利用X 射线衍射(XRD) 和X 射线光电子能谱(XPS) 表征了镀层的结构和组分存在状态; 并将柠檬酸盐体系电沉积铜应用于微机电系统(MEMS) 加工工艺. 结果表明: 在6g·L^-1 Cu²⁺, pH=7.0-8.5, 1-2A·dm^-2, 45 ℃, 搅拌条件下可得到结晶细小, 表面平整的致密铜镀层; 镀层为面心立方多晶结构的单质铜, 不含其他杂质. 利用MEMS 工艺成功制得平面电感, 其有效的最大品质因数(Q)为12.75, 达到了设计要求.

研究了以再生水作为循环冷却系统补水的北京某热电厂冷却塔底粘泥中分离纯化培养出来的硫酸盐还原菌(SRB)生长特性. 采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和电化学交流阻抗(EIS)方法研究了304 不锈钢(SS304)表面生物膜特征及其主要成分和不锈钢/生物膜界面电化学行为. 结果显示, 再生水环境下304 不锈钢表面形成的生物膜是由吸附的SRB 菌体及以含碳有机物为主的胞外聚合物和FeS 腐蚀产物构成.浸泡前期(前7 d) SS304 电极表面阻抗值主要由SS304 表面钝化膜的贡献;浸泡后期(14 d后), 电极体系阻抗值由不锈钢表面钝化膜和生物膜共同贡献.

采用线性电位扫描法制备了水杨醛-Schiff 碱基过渡金属镍络合物的聚合物poly[Ni(salen)], 扫描速率为5-150 mV·s^-1. 采用场发射显微镜观察了聚合物poly [Ni(salen)]的表面形貌. 研究了电聚合中扫描速率对聚合物生长的影响, 电聚合速率(dΓ/dm)与扫描速率(v)呈指数衰退关系, 通过库仑电量分析指出电聚合扫描速率在20 mV·s^-1 时聚合产物中含有最多的氧化还原活性点. 扫描速率提高时单体的扩散步骤限制了聚合物的生长, 所以氧化还原活性点总量随着扫描速率的提高而开始下降. 利用循环伏安法分析了聚合物poly[Ni(salen)] 的扩散动力学, 结果表明在20 mV·s^-1 时制备的聚合物具有较大的电荷扩散系数.

通过在不同浓度KOH 溶液中进行掺杂, 制备出了聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮(PVA/PVP) 碱性聚合物电解质膜. 详尽考察了膜的组成、微观结构、热稳定性、离子电导率和甲醇吸收率. 结果表明, PVA 与PVP 两者具有较好的相容性, 当m(PVA) :m(PVP)=1 :0.5 时, 膜断面致密、均匀, 未发生大尺度相分离. PVP 的混入可以极大提高复合膜的电导率和热稳定性. 当m(PVA) :m(PVP)=1 :1 时, 复合膜的电导率可达2.01 ×10^-3 S·cm^-1. PVA/PVP/KOH 膜的甲醇吸收率随温度的升高没有明显变化, 100 ℃时其甲醇吸收率仅为同条件下Nafion 115 膜的1/4. 这表明该复合膜有望作为一种新型的碱性直接甲醇燃料电池用固体电解质膜且可提高膜的使用温度.

用分子动力学模拟方法研究外电场(简称电场)作用下水化聚全氟磺酸钾膜中水分子的电渗迁移运动, 并分析探讨膜的结构与水分子的电渗迁移特性的关系. 结果表明, 无外加电场时水分子和K⁺的速度都服从麦克斯韦分布; 施加适当电场时, 水分子和K⁺在垂直电场方向上的速度分量仍服从麦克斯韦分布, 但平行电场方向上的速度分量则服从峰值漂移的麦克斯韦分布. 并且, 峰值漂移速度可作为水分子和K⁺的平均迁移速度的近似值, 从而计算得到水分子的电渗系数. 结果还显示,K⁺第一配位层内平均含有约4.04 个水分子, 它们的平均迁移速度只有K⁺的57%. 这部分水分子贡献的电渗迁移系数为总电渗迁移系数(2.97) 的77%.

以无定形硒溶胶为模板制备了不同硒覆盖度(θ_Se) (θ_Se=0.49, 0.39, 0.06, 0)的Pt-Se 和Pt 纳米空球(分别记为(Pt-Se)_HN和Pt_HN), 发展了利用亚硫酸盐彻底除去核壳纳米粒子上Se 的方法. 对获得的纳米空球进行了形貌和结构的表征,结果表明所制备的(Pt-Se)_HN粒径均匀,分散性好,球壳呈多孔结构.以其作为电催化剂制备了(Pt-Se)_HN修饰的玻碳(GC)电极((Pt-Se)_HN/GC), 利用常规电化学方法比较该电极与Pt_HN/GC 和商用碳载铂(Pt/C)修饰GC(Pt/C/GC)电极对甲酸的催化氧化作用, 发现对甲酸氧化的活性顺序为(Pt-Se)_HN/GC>Pt_HN/GC>Pt/C/GC. 三种电极催化甲酸氧化的机理有所不同:前者更倾向于通过弱吸附中间体直接氧化成CO₂的单途径机理进行, 后两者则通过强吸附和弱吸附中间体的双途径机理进行. 在一定Se 覆盖度条件下, (Pt-Se)_HN/GC 对甲酸的氧化有助催化作用.

以(NH₄)₆W₇O₂₄·6H₂O 为钨源, 聚乙二醇1000 (PEG 1000)为配位聚合物, 采用聚合物前驱体法制备了WO₃薄膜, 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱等手段对其结构进行表征. 采用循环伏安法、Mott-Schottky 测试、瞬态光和稳态光电流谱等方法研究了WO3薄膜电极的光电化学性能.结果表明, 制备的WO₃薄膜为立方晶系, 禁带宽度约为2.7 eV. 当热处理温度为450 ℃时, 载流子浓度达到最大2.44×10²² cm^-3, 平带电位为0.06 V, 在500 W 氙灯光源照射和1.2 V偏压下, 光电流密度为2.70 mA·cm^-2. 进一步探讨了热处理温度对其光电性质的影响及其机理.

应用水热法在钛箔表面制备TiO₂纳米线薄膜, 采用场发射扫描电子显微镜、X 射线衍射和紫外-可见分 光光度法对薄膜进行表征, 用电极电位和电化学阻抗谱考察TiO₂光生阴极保护性能. 结果表明: 薄膜由纵横交 错的锐钛矿型TiO₂纳米线组成, 纳米线的直径约10 nm. 在150 ℃下反应6 h生成的TiO₂ 纳米线薄膜在0.3 mol·L^-1 Na₂SO₄溶液和0.3 mol·L^-1 Na₂SO₄+0.5 mol·L^-1 HCOOH 混合溶液中对与TiO₂薄膜耦连的403 不锈钢均 有良好的阴极保护效应. TiO₂膜所在溶液中含有HCOOH 时, 可使耦连的403不锈钢在0.5 mol·L-1 NaCl 溶液中 电极电位负移约545 mV, 界面反应电阻显著变小, 表明电解质溶液加入HCOOH 可以增强TiO₂纳米线薄膜对 403 不锈钢的光生阴极保护效应.

利用电化学阻抗谱(EIS)、半电池腐蚀电位(E_corr)和宏观电池腐蚀电流密度(I_corr)测量技术, 在饱和NaCl 溶液浸泡的硬化混凝土试块中, 研究了4 种醇胺基阻锈剂对钢筋电极腐蚀电化学行为的影响和长期阻锈性能. 在浸泡初始的100 d内, 与空白样相比, 添加阻锈剂后钢筋电极腐蚀电位升高, 阻抗膜值增大, 腐蚀电流密度值降低,表明电极表面处于钝态, 阻锈剂表现出良好的阻锈性能. 随浸泡时间延长,电极腐蚀电位和阻抗膜值下降, 腐蚀电流密度增大. 浸泡后期, 除添加醇胺基CI-4样外, 电极电位和腐蚀电流密度与空白样相比无明显差别, 表明电极由钝态转变为活性腐蚀状态.但添加CI-4 样品, 钢筋电极始终保持在钝化状态, 阻锈性能最好. 基于阻锈剂与Cl^-间的竞争吸附, 分析探讨了可能的阻锈机理.

采用极化曲线、线性极化电阻(LPR)和电化学阻抗(EIS)研究了海水中带锈碳钢的电化学行为, 结果发现:长期浸泡的内锈层对电极过程有较大影响;短期浸泡, LPR 和EIS测定的极化电阻(R_p)逐渐增大;而长期浸泡, R_p却逐渐减小;随着浸泡时间的延长, R_p出现了先增大后减小的变化趋势. 将锈层逐层剥离后研究了碳钢的电化学行为, 并结合傅里叶变换红外(FTIR)光谱和横截面结构分析表明, 这主要是因为长期浸泡后, 内锈层中出现了具有较高电化学活性的β-FeOOH, 并且其含量随着浸泡时间的延长而逐渐增加. 当进行电化学测试时, 在对体系进行一定程度极化的过程中, β-FeOOH 参与了阴极还原反应, 使电极过程不再是简单的阳极金属溶解和阴极氧还原, 加快了阴极反应速度, 从而导致R_p逐渐减小.

研究了在不同电流密度下进行长时间极化后Pb-Ag(0.8%(质量分数, w))平板阳极的阳极电位、腐蚀率及阳极钝化膜. 同时, 也研究了该阳极在ZnSO₄-MnSO₄-H₂SO₄电解液中的阴极电流效率和阴极锌品质.阳极钝化膜的表面形貌用扫描电镜(SEM)进行观测.实验结果表明, 不管电解液中是否存在Mn²⁺, 电流密度对阳极和阴极的电化学行为都产生了显著的影响. 随着电流密度的升高, 阳极电位、腐蚀率、阴极电流效率和阳极泥生成量也增加, 而阴极锌中的Pb 含量则减少. 当电流密度从500 A·m^-2 降到200 A·m^-2 时, 阳极在ZnSO₄-MnSO₄-H₂SO₄ 电解液中的稳定电位和腐蚀率分别减少64 mV 和40%. 此外, 在比较低的电流密度下, 阳极电位更容易稳定, 阳极表面生成的钝化膜更加致密并与基体结合牢固, 这些都有利于降低阳极腐蚀率. 为了降低阳极电位、减小阳极腐蚀率及阳极泥生成量并提高阴极电流效率和阳极锌品质,锌电积的理想工作条件是较低的阳极电流密度和较高的阴极电流密度.

采用电沉积法获得Ni、Ni-Fe和Ni-Fe-C合金镀层电极, 在90 °C模拟海水(0.5 mol·L-1 NaCl, pH=12)的稳态极化曲线表明Ni-Fe-C合金电极具有最好的析氢催化性能. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察电极表面形貌、X射线衍射(XRD)与透射电子显微镜(HRTEM)分析合金的晶体结构, 发现电极材料的晶粒尺寸影响析氢催化性能, 晶粒尺寸越小析氢催化活性越好. 用电化学阻抗方法(EIS)研究电极析氢催化性能的本质原因, 结果表明电极表面活性点数目和电极的本质电催化活性对合金电极析氢催化活性有重要的影响.

以二茂铁甲酸、甘氨酸(H-Gly-OMe)、脯氨酸(Boc-Pro-OH)、精氨酸(H-Arg(NO₂)-OMe)等为原料, 苯并三唑-1-四甲基六磷酸酯(HBTU)和1-羟基苯并三唑(HOBT)为缩合剂, 采用液相法合成了二茂铁-肽Fc-Gly-Pro-Arg (NO₂)-OMe (简称Fc-GPR), 其总收率为48.1%. 并对目标产物进行了红外(IR)光谱、核磁共振氢谱(1H-NMR)、质谱(ESI-MS)等表征. 通过电化学方法研究了目标产物与Cu(II)之间的相互作用. 结果表明: 目标产物在溶液中的电化学行为表现为可逆氧化还原反应, 氧化和还原峰电位分别为0.624 和0.552 V(vs Ag/AgCl), 氧化和还原 峰电流之比I_pa/I_pc为1.13, 电极反应过程为扩散控制. 目标产物与Cu(II)形成配位比为2:1 的配合物. Fc-GPR 与Cu(II)的电极反应过程符合电化学-化学-电化学(ECE)历程.

合成了纳米氢氧化镁作为聚氧化乙烯(PEO)基聚合物电解质的增塑剂和阻燃剂, 并对其进行X 射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和热重(TG)分析研究. 制得的氢氧化镁为片状六方晶体, 尺寸在50-80 nm 之间, 纳米氢氧化镁在340 ℃时开始热分解. 对纳米氢氧化镁/PEO 复合聚合物电解质的电化学研究结果显示: 纳米氢氧化镁/PEO 复合聚合物电解质的离子电导率随着添加纳米氢氧化镁的质量分数的增加先增大后减小, 其在5%-10%之间时, 复合聚合物电解质的离子电导率达到最大值. 纳米氢氧化镁的添加使复合聚合物电解质的阳极氧化电位有一定程度的提高,纳米氢氧化镁具有改善PEO阳极抗氧化能力的作用.

根据铝阳极氧化初期不同阶段Al-H₂SO₄体系的界面特征建立多个光学模型, 并采用有效介质近似解析了高时间分辨率的原位椭圆偏振光谱数据, 详细获得铝阳极氧化初期的Al₂O₃-Al 界面层、Al₂O₃阻挡层以及多孔层组成、厚度变化的动态信息. 根据光学模型及计算结果, 可以清楚地分辨铝阳极氧化过程中的阻挡层形成、孔洞萌生、孔洞发展以及多孔层稳定生长等4个阶段. 在多孔层稳定生长阶段, 阻挡层厚度及多孔层孔隙率几乎不变,而多孔层厚度随时间线性增长, 其速率为5.8 nm·s^-1.

以钒基合金(Ti Cr)_0.497V_0.42Fe_0.083为基体, 添加30%(w)稀土系A₂B₇型合金(LaRMg)(NiCoAl)_3.5为电催化活性材料, 采用机械球磨改性制备了储氢合金复合电极材料, 研究其储氢特性和电化学性能. X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)分析结果表明, 随球磨时间增加(t=0, 0.5, 1, 3, 5, 10 h), 复合材料颗粒逐渐细化, A₂B₇型合金颗粒分散并包覆在钒基合金表面上; 当球磨时间t≥5 h时, 复合材料形成明显的复合纳米晶组织并伴有部分非晶化倾向, 同时钒基合金BCC相结构的晶胞参数a 和晶胞体积V 均明显减小.合金储氢特性及电化学性能分析测试结果表明, 铸态纯钒基合金的吸氢量为3.11%(w), 而球磨复合材料的储氢量随球磨时 间增加呈减小的规律, 其最大储氢量为2.47%(w); 球磨改性后, 复合材料电极的电催化性能得到明显改善, 当球 磨时间t≥3 h时最大放电容量达到425.8 mAh·g^-1, 经100 次充放电循环后该电极的容量保持率(C₁₀₀ /C_max)为97%,表现出良好的电极循环稳定性.

对硼掺杂纳米金刚石(BDND), 硼掺杂微米金刚石(BDMD)和玻碳(GC)电极的电化学性质做了对比研究. 利用扫描电子显微镜表征了BDMD 和BDND电极, 其表面粒子大小分别为1-5 μm 和20-100 nm. 利用Raman 光谱对两种金刚石薄膜的成分进行了表征,结果表明利用热丝化学气相沉积法得到了高质量的BDND 和BDMD 薄膜. 采用0.5 mol·L^-1 H₂SO₄溶液测定了三种电极的电化学窗口, BDND 和BDMD 电极的电化学窗口分别为 3.3 和3.0 V,远比GC电极(2.5 V)的要宽. [Fe(CN)₆]³-/[Fe(CN)₆]⁴-溶液的循环伏安和交流阻抗测定表明,在BDND、 BDMD 和GC 电极上的峰间距(ΔEp)分别为73、92 和112 mV, 且其电子传递电阻(R_et)分别为(98依5)、(260依19)和 (400依25)Ω. 我们也研究了0.1 mmol·L^-1双酚A 在三种电极上的电化学氧化行为. 上述的电化学测定结果表明, 两种金刚石电极均比GC电极表现出了更宽的电化学窗口、更好的电化学可逆性质、更快的电子传递速度和更 高的电化学稳定性, 更为重要的是与BDMD 相比BDND 的电化学性质有进一步的提高.

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为络合剂和燃料以凝胶燃烧法制备了具有优异高倍率放电性能的亚微米LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料. 用热重/差热分析(TG/DTA)研究了凝胶的燃烧过程, 用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和循环伏安(CV)研究了LiNi_0.5Mn_1.5O₄材料的结构和形貌. 结果表明材料为结晶良好的纯尖晶石相结构, 由5 μm左右的二次颗粒组成,颗粒大小分布均匀, 一次晶粒发育良好, 粒径在500 nm 左右. 充放电测试表明材料的倍率性能和循环性能十分优异. 在3.5至4.9 V进行充放电测试, 0.5C、1C、4C、8C和10C倍率下放电容量分别为131.9、127.6、123.4、118.4和113.7 mAh·g^-1. 在10C大倍率放电条件下循环100、500和1000次的容量保持率分别为91.4%、80.9%和73.5%.

使用柠檬酸三钠作为稳定剂, 硼氢化钠作为还原剂, 用浸渍还原法制备了20%(w)Pt₆₀Ru₃₀Co₁₀/C催化剂. 利用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征. 考察了不同pH值对制备催化剂的催化甲醇氧化能力及稳定性的影响, 并使用预吸附单层CO溶出方法研究了其抗中毒能力. 结果表明, 当pH=8时, 制备的PtRuCo/C对甲醇氧化具有最高的催化活性, 其催化活性远高于商业化的Pt₅₀Ru₅₀/C, 同时催化剂的稳定性最好, 高于商业化的Pt₅₀Ru₅₀/C的稳定性, 而且预吸附单层CO的起始氧化电位比Pt₅₀Ru₅₀/C的明显负移.

室温下以氯化胆碱为稳定剂, 用化学还原法合成了刺状Pd纳米粒子(Pd_n^thorn000). 透射电子显微镜和电化学循环伏安研究结果表明Pd_n^thorn000具有较高密度的台阶位, 与商业Pd黑催化剂相比较, Pd_n^thorn000对乙醇氧化的电催化活性显著提高, 氧化电流密度是商业Pd黑催化剂的1.2倍(-0.40 - -0.30 V) - 1.5倍(-0.65 - -0.40 V), 起始氧化电位和峰电位均负移50 mV. 相同电流密度下, Pd_n^thorn000催化剂对乙醇的氧化电位均更低.

为了获得既具有较高电化学容量又具有良好循环稳定性的低钴AB₅型贮氢合金, 研究了Fe部分替代Cu对低钴AB₅型贮氢合金相结构和电化学性能的影响. 采用真空感应熔炼方法, 制备了一系列含Cu和Fe的低钴AB₅型贮氢合金LaNi_3.55Mn_0.35Co_0.20Al_0.20Cu_0.85-xFe_x(x=0.10, 0.20, 0.25, 0.40, 0.60). 粉末X射线衍射(XRD)分析表明, 合金含有单一CaCu₅型六方结构的LaNi5相, Fe部分替代Cu并没有改变合金的本体相结构, 但随着Fe含量的增大, 晶格参数a, c和晶胞体积V增大. 电化学性能测试表明, 随着x增加, 合金的放电容量和高倍率放电能力降低, 但是循环稳定性得到了显著提高. 当x从0.10增加到0.60时, 合金的200周循环稳定性(S200)从77.6%提高到89.9%. Fe替代Cu有利于提高合金的循环稳定性, 这主要是随着Fe替代量增大, 晶胞体积增大, 晶格体积膨胀率明显减小, 合金的抗粉化能力增强.

通过在两种商品活性炭XC-72(比表面250 m²·g^-1)和YEC-8(比表面1726 m²·g^-1)电极表面涂刷Mn(NO₃)₂, 并在200 ℃进行热分解得到表面担载氧化锰的复合材料电极. 采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征电极的形貌和氧化锰的晶体结构, 采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗考察了不同电极的电化学电容性能. 结果表明, Mn(NO₃)₂在200 ℃的热解产物是α-Mn₂O₃和α-Mn₃O₄的混合物. 当C和MnO_x的质量比为2∶1和9∶1时, XC-72/MnO_x中氧化锰的比电容分别达到499和435 F·g^-1, YEC-8/MnO_x中氧化锰的比电容分别达到554和606 F·g^-1, 表明氧化锰的赝电容对电极比电容的贡献十分显著.

合成了三种含电子给体乙炔基桥连二茂铁化合物Fc—C≡C—Ph—(p-OMe)(3a), Fc—C≡C—Ph—(p-NMe₂)(3b)与Fc—C≡C—Ph—(p-NPh₂)(3c), 并对其结构、光化学及电化学性质进行了表征. 吸收光谱表明, 所有化合物在可见光区400-550 nm都可归属为Fe(II)Cp—C≡C—Ph—(p-R)(Cp为环戊二烯基)的金属到配体的电荷跃迁(MLCT)光谱, 同时检测到3a与3c氧化态在近红外区(分别位于946与1044 nm)可归属为Cp—C≡C—Ph—(p-R)Fe(III)的配体到金属的电荷跃迁(LMCT). 电化学测试结果表明, 三种化合物都有稳定的Fc⁺/Fc可逆氧化还原电位, 且3b与3c还出现Ph—NR₂的氧化电位. 3b对质子表现出光及电化学敏感性, 随着质子的加入, 其MLCT光谱红移, Fc⁺/Fc电位正移, 而Ph—NR⁺₂/ Ph—NR₂峰消失.

合成了一种新型咪唑啉化合物1-(2-氨基-硫脲乙基)-2-十五烷基-咪唑啉(IM-S), 并通过失重法、电化学方法及扫描电镜等研究了IM-S在H₂S/CO₂共存条件下对Q235钢的缓蚀性能, 探讨了其在Q235钢表面的吸附行为. 结果显示, IM-S具有较好的抗H₂S、CO₂腐蚀能力, 能同时抑制碳钢腐蚀的阴、阳极反应过程, 最高缓蚀效率可达92.74%. 缓蚀剂在Q235钢表面呈单分子层吸附, 属于以化学吸附为主的混合吸附. 最后采用量子化学方法对IM-S的缓蚀机理做了进一步分析.

The influence of the alkaloid extract of Kopsia singapurensis on the corrosion behavior of mild steel (MS) in 1 mol·L^-1 HCl and 1 mol·L^-1 H₂SO₄ was studied using electrochemical techniques, viz., potentiodynamic polarization and AC impedance. The experimental results clearly show that the plant extract effectively inhibits corrosion in both acid media and the inhibition efficiency obtained from the electrochemical techniques is in good agreement. Furthermore, the polarization technique indicates that the extract acts as an anodic type inhibitor in HCl and as a mixed type in H₂SO₄. Scanning electron microscopy (SEM) was carried out to examine the surface morphological changes of metal specimens in both the inhibited and uninhibited solutions. SEM images show the formation of an adsorbed layer over the metal surface by the inhibitor molecule. The presence of alkaloidal constituents in the plant extract was confirmed by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy and chemical analysis.

采用层层组装法合成了核壳SiO2/Pt粒子, 用电化学循环伏安法(CV)和原位电化学傅里叶变换红外(FTIR)光谱研究了SiO2/Pt粒子对CO分子的氧化和吸附行为. 透射电子显微研究表明: 包覆SiO2的Pt壳是由团聚的Pt 纳米微粒构成, 其平均厚度大约为26 nm. CO在SiO2/Pt粒子修饰的玻碳(GC)电极上的主氧化峰为0.49 V (vs SCE), 表现出比本体Pt金属好的催化性能. 电化学FTIR光谱研究发现: 线性CO在SiO2/Pt粒子上的IR吸收带的方向发生倒反, 而且在不同的研究电位下, 每个吸收带劈裂为两个间隔约为14 cm-1的吸收带, 这种劈裂现象在饱和吸附CO的Pt金属表面上是很难观察到的. 这些异常的红外吸收现象可能是由SiO2/Pt 粒子的结构效应导致的.

通过自组装方法将修饰有二茂铁基团的富T序列DNA分子(DNA-Fc)固定在金电极表面, 得到了一种基于DNA修饰电极的电化学汞离子(Hg2+)传感器. 当溶液中有Hg2+存在时, Hg2+可与修饰电极上DNA的T碱基发生较强的特异结合, 形成T-Hg2+-T发卡结构, 使DNA分子构象发生改变, 其末端具有电化学活性的二茂铁基团远离电极表面, 电化学响应随之发生变化. 示差脉冲伏安法(DPV)结果显示: DNA末端二茂铁基团的还原峰在0.26 V(vs 饱和甘汞电极(SCE))附近, 峰电流随溶液中Hg2+浓度的增加而降低; Hg2+浓度范围在0.1 nmol·L-1-1 μmol·L-1 时, 电流相对变化率与Hg2+浓度的对数呈现良好的线性关系. 该修饰电极对Hg2+的检测限为0.1 nmol·L-1, 可作为痕量Hg2+检测的电化学生物传感器. 干扰实验也表明, 该传感器对Hg2+具有良好的特异性与灵敏度.

在1 mmol·L-1 H2PtCl6+1 mmol·L-1 RuCl3+0.1 mol·L-1 H2SO4镀液中采用电沉积法在化学镀金膜的红外窗口Si反射面上制备Pt50Ru50合金电极. 利用原子力显微镜(AFM)可以观察到制备的Pt50Ru50合金电极形貌呈现出100-200 nm大小的颗粒. 常规电化学分析方法得出该电极具有典型的合金特征, 对CO和CH3OH具有很好的催化氧化作用. 应用电化学现场衰减全反射表面增强红外光谱法(ATR-SEIRAS)可以观察到该电极上Pt位和Ru位上CO的振动谱峰, 且表现出Pt-Ru二元金属良好的协同催化性能.

建立了原位电化学-电子顺磁共振(ESR)方法, 系统研究了掺硼金刚石(BDD)膜电极表面在水溶液中的羟基自由基(·OH)产生规律. 结果表明, 在高于析氧电位时, ·OH的生成速率随着阳极电位的升高、电流密度的增加而增大, 增加速率逐渐减缓. 与此同时, 与氢终端的BDD膜电极相比, 氧终端的BDD膜电极表面因具有较好的亲水性而具有更高的·OH产生能力. 在电化学氧化处理有机废水的过程中, 电极表面处于氧终端的状态, 有利于·OH产生并保持较高的活性. 溶液pH值也在一定程度上影响·OH生成反应, 酸性溶液中, BDD膜电极表面的·OH产生能力强于在中性或碱性溶液中. 进一步研究发现, BDD膜电极表面还可能生成O-·3自由基. 本研究为深入探索BDD膜电极表面·OH的产生机制提供了研究手段, 为阐述BDD 膜电极电极在污染物处理中高效性的本质提供了有效的证据.

运用电化学阻抗谱(EIS)研究了尖晶石LiMn2O4正极在1 mol·L-1 LiPF6-EC(碳酸乙烯酯)|DEC(碳酸二乙酯)|DMC(碳酸二甲酯), 1 mol·L-1 LiPF6-EC|DEC|EMC(碳酸甲乙酯)和1 mol·L-1 LiPF6-EC|DMC三种不同电解液中, -20 - 20 ℃范围内的阻抗谱特征随温度的变化. 研究结果表明, 温度强烈影响尖晶石LiMn2O4正极的阻抗谱特征, 而电解液组成对尖晶石LiMn2O4正极阻抗谱特征的影响较小, 但电解液组成对锂离子在尖晶石LiMn2O4正极中嵌入脱出过程相关动力学参数影响较大. 测得尖晶石LiMn2O4正极在上述三种电解液中, 锂离子迁移通过固体电解质相界面(SEI)膜的离子跳跃能垒平均值分别为7.60、16.40 和18.40 kJ·mol-1; 电子电导率的热激活化能平均值分别为44.77、35.47和68.06 kJ·mol-1;嵌入反应活化能平均值分别为52.19、46.19和69.86 kJ·mol-1.

利用琥珀酸为鳌合剂的湿化学法成功合成了一系列锂离子电池正极材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, 在合成过程中改变琥珀酸与金属离子摩尔比(R)并研究了这一参数对合成LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料物理及电化学性质的影响. 采用热重、X射线衍射、Rietveld精修、扫描电镜以及超导量子干涉仪对反应机理、材料的结构、形貌以及磁学性质进行了详细表征. 得到最佳合成条件为R=1, 此时LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2的阳离子混排度最低. 此外, 通过Rietveld精修得到该材料阳离子混排度的结果与通过磁学方法得到的结果定量相符, 如对于在R=1条件下合成的样品, Rietveld精修结果显示其阳离子混排度为1.85%, 而超导量子干涉仪的测试结果为1.80%. 当充放电区间为3.0-4.3 V, 电流密度为0.2C (1C=160 mA·g-1)时, 该样品的首次放电容量为161 mAh·g-1, 库仑效率为93.1%, 经过50次循环后, 容量保持率可达91.3%.

采用介孔碳CMK-3作为载体, 通过化学原位聚合的方法制备出一种新型的聚吡咯/介孔碳(PPy-CMK-3)纳米复合材料. 将该纳米复合材料作为正极, 配以介孔碳CMK-3为负极和1.0 mol·L-1 NaNO3中性电解液, 组装成为电化学混合电容器. 电化学测试表明: 在5.0 mA·cm-2电流密度和1.4 V充放电电位条件下, 其放电比容量达57 F·g-1, 电容器功率密度为2.5×102 W·kg-1, 能量密度达17 Wh·kg-1. 当电流密度从5.0 mA·cm-2增加至50 mA·cm-2时, 电容器的容量保持率在80%以上, 显示高倍率充放电特性优异. 此外, 聚吡咯-介孔碳/介孔碳电化学混合电容器易活化, 并具有优异的充放电效率和良好的循环稳定性能.

在不同温度下碳化硫酸掺杂的聚苯胺制备了含杂原子(氮和氧原子)的新型碳材料. 分别通过扫描电镜、元素分析仪、X射线光电子能谱仪和比表面积测试仪对这些碳材料的形貌特征、元素组成、表面化学组成和比表面积进行了表征. 用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究. 研究结果表明, 在温度为800 ℃下碳化聚苯胺得到的碳有很好的电化学性能, 尽管它的比表面积很小(325 m2·g-1), 但在0.5 A·g-1电流密度下其比电容高达153 F·g-1. 它的高比电容可能与其含有合适比例的杂原子(氮和氧原子)有关, 因为合适比例的氮和氧杂原子能够产生最大的赝电容. 这些结果表明这种碳材料是一种很有发展前景的超级电容器电极材料.

采用表面分析技术、失重法和电化学测试技术研究了A3钢在芽孢杆菌(Bacillus)作用下的腐蚀行为. 扫描电子显微镜(SEM)分析结果表明,浸泡7 d时, 芽孢杆菌会在A3钢表面形成致密的生物膜, 有效阻隔了溶液对基体的腐蚀, 抑制了腐蚀过程. 电化学交流阻抗测试结果显示, 含菌体系中的试样表面经历了2个时间常数→3个时间常数→2个时间常数的变化过程. 失重法和极化曲线测试结果表明, 芽孢杆菌的细菌活性对生物膜的保护作用有着决定性的影响,当微生物活性下降, 生物膜的保护能力也会大幅降低.

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量为5.0×10-4 (w)的Ce0.9Sm0.1O2-δ(SDC)粉体(SDCSi), 并将0-3.0%(x)MgO分别加入到SDCSi陶瓷粉体中, 用X射线衍射(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)对材料进行表征, 用交流阻抗谱(AC)测试材料的电性能. 结果表明: MgO掺杂能使SDCSi的烧结温度降低100-200 ℃, 提高陶瓷材料的致密度; 清除或降低陶瓷材料晶界处SiO2杂质的有害影响, 显著提高晶粒/晶界电导率和总电率; MgO掺杂到SDCSi具有烧结助剂和晶界杂质清除剂的双重作用.

采用化学还原和热处理方法对商业PtRu/C催化剂进行稀土Eu掺杂, 制备了不同Eu含量的PtRuEux/C催化剂. 透射电子显微镜(TEM)、X射线能量色散光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法表征催化剂的结果表明, Eu的掺杂未改变PtRu/C催化剂的平均粒径(约为3 nm), 并且Eu以金属和氧化物两种形态修饰PtRu表面. 循环伏安和计时电流法测试显示, PtRuEux/C催化剂较商业PtRu/C对甲醇氧化具有更高的活性, 其中PtRuEu0.3/C的活性最高. 运用原位傅里叶变换红外(FTIR)光谱从分子水平研究了该催化剂对甲醇电催化氧化的反应过程, 检测到甲醇在催化剂上解离吸附的吸附态产物是线型吸附态CO (COL), Eu的掺杂使COL的氧化电位降低, 明显提高了催化剂的活性和抗CO毒化的能力.

利用直流电电化学沉积法将生长碳纳米管(CNT)的催化剂镍均匀地附着在石墨电极(GE)表面, 再通过化学气相沉积法制备得到原位生长碳纳米管化学修饰电极(GSCNT-CME). 电化学沉积的金属镍和所制备的修饰电极分别用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDX)进行表征, 所得修饰电极的电化学性能用[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-溶液进行表征. 结果表明: 经直流电电化学沉积, 可以在石墨电极表面沉积一层致密的金属镍, 能生长出管径均匀的碳纳米管, 所制得的修饰电极具有良好的电化学响应灵敏性和准确性, 可在电化学检测领域发挥重要的应用.

采用电化学置换法, 在Vulcan XC-72表面制备得到了活性高和分散性好的纳米Ptshell-Nicore电催化剂. 该方法先以NaH2PO2为还原剂, 化学沉积得到Ni核, Pt在Ni核表面通过原位置换形成Ni-Pt类核壳型结构. 通过透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见光光谱(UV-Vis)和循环伏安(CV)测试证明了Pt壳层完全包覆在Ni核的表面. 电化学氢吸/脱附测试结果显示, Ptshell-Nicore/XC-72的电化学活性面积为Pt/C(JM)的1.2倍, 而其理论Pt担载量只为Pt/C (JM)的40%. 这表明, 核壳型Ni-Pt纳米粒子可以显著提高Pt的催化活性和利用率.

采用失重法和极化曲线法研究了聚天冬氨酸(PASP)和十二烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)复配对A3碳钢在6 mol·L-1 HCl腐蚀介质中的协同吸附行为及缓蚀抑雾作用. 结果表明: 复配缓蚀剂可有效抑制A3碳钢在HC1介质中的腐蚀, 当PASP浓度为20 g·L-1, 缓蚀率可达94%, 抑雾率83%; 随着温度的升高, 复配缓蚀剂的缓蚀性能下降. 复合缓蚀剂在钢表面的吸附符合校正的Langmuir模型, 吸附过程为放热、熵减的自发过程; 复配体系属于阳极型缓蚀剂.

以1-甲基-3-乙基咪唑六氟磷酸盐(EMIPF6)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))和六氟磷酸锂(LiPF6)为原料, 采用溶液浇铸法制备了离子液体/凝胶聚合物电解质(ILGPE). 通过循环伏安(CV)、计时电流法、恒流充放电、电化学阻抗法(EIS)研究了该电解质的离子传输特性以及与锂离子电池正极材料LiFePO4的相容性. 结果表明, 离子液体/凝胶聚合物电解质的室温电导率为1.650×10-3 S·cm-1, 电化学稳定窗口达到5.0 V. 在充放电循环过程中, 电极表面形成的钝化膜改善了锂离子脱、嵌可逆性和电极/电解质的界面性质.

用电化学阻抗方法研究了铂片电极在BMIMPF6, BMIMBF4, BMIMClO4, BMIMTf2N, BMIMCl, BMIMBr, C3OHMIMBF4, C3OHMIMClO4和BMMIMPF6 (BMIM: 1-butyl-3-methylimidazolium; C3OHMIM: 1-(3-hydroxypropyl)-3-methylimidazolium; BMMIM: 1-butyl-2-methyl-3-methylimidazolium; Tf2N: bis(trifluoromethylsulfonyl)amide)等离子液体中的界面电容及结构.结果表明: 当阴、阳离子半径相差不大且不存在特性吸附时, 在零电荷电势附近, 电极/离子液体界面的电容-电势曲线将出现电容单峰或者双峰. 电极的零电荷电势对应于单峰的峰电势或者双峰之间的谷电势. 当电极电势远离零电荷电势时, 电极/离子液体界面成紧密层结构, 可由紧密层理论来描述. 如果存在离子的特性吸附, 相应的电容峰可能不再出现, 而表现为双层电容随电极电势对零电荷电势的偏离而单调增加. 还研究了添加小的Li+离子对电极/离子液体界面电容的影响. 通过向BMIMTf2N中加入LiTf2N, 发现Li+离子可以改变电极/离子液体界面的双层结构, 但无助于界面电容的提高, 甚至可能引起电容的降低. 最后探讨了不同条件下, 尤其考虑阴阳离子特性吸附时,电极/离子液体的界面结构.

由于一维(1D)氧化钛纳米结构具有提高染料敏化太阳能电池(DSCs)中的电子传输性能从而进一步提高电池性能的特性, 该领域吸引了越来越多研究者的关注. 但是一维氧化钛纳米结构如何影响电子传输性能却少有报道. 本研究利用电化学阻抗谱(EIS)分析来探索氧化钛纳米颗粒和纳米管复合薄膜的电子传输特性. 使用两种不同尺寸(25和100 nm)的纳米颗粒和纳米管作为原料, 采用电泳沉积方法制备了氧化钛复合薄膜并研究了原料的组成对染料敏化电池的影响以获得最佳的组成. 研究结果表明, 在大颗粒的质量分数低于20%时, 大颗粒的掺入有利于改善氧化钛薄膜的电子传递与电池性能. 与完全由颗粒组成的薄膜相比, 纳米管的加入有利于电子在氧化钛薄膜里的传输. 纳米管、100 nm颗粒及25 nm颗粒的最佳质量比例为20:16:64.

以壳聚糖为原料在600、700、800和900 ℃直接炭化制备多孔炭C-600, C-700, C-800和C-900, 其BET比表面积分别为278、461、515和625 m2·g-1. 用恒流充放电和循环伏安法表征了其电化学性能. 结果表明, 由C-800制备电极的循环伏安图形更接近矩形, 在恒电流充放电实验中阴极和阳极过程基本对称, 说明该电极具有较好的电容性能. 在50 mA·g-1的电流密度下, C-600、C-700、C-800和C-900的电容分别为96、120、154和28 F·g-1. 由C-800制备电极的循环充放电稳定性好, 电流密度为1 A·g-1循环1000次后电容损失小于2%, 说明壳聚糖制备多孔碳具有作为超级电容器电极材料的潜在价值. 同时还考察了不同浓度的电解液对C-800电化学性质的影响, 发现在KOH浓度为30%时的电容最大. 依据实验结果, 对多孔炭制备及其电化学性质间的关系进行了探讨.

以炭黑为原料, 硝酸铁为催化剂前驱体, 氮气气氛下1000 ℃高温炭化制备了直径为40 nm的中空洋葱状碳纳米颗粒(OC). 用SnCl2/乙醇溶液浸渍, 空气中350 ℃氧化得到SnO2/OC复合材料. 进一步对该复合材料进行酸处理制备OC包覆的SnO2电极材料. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电(SEM)、透射电镜(TEM)和热失重分析(TGA)对OC和SnO2/OC复合材料进行表征; 利用恒电流充放电和循环伏安(CV)方法对复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能进行表征. 结果表明: 酸处理后的复合材料的循环性能得到明显改善, 50次循环后可逆容量保持为446 mAh·g-1, OC起到了缓冲SnO2膨胀和阻止团聚的作用.

采用共压直接成型法制备单腔体固体氧化物燃料电池(SC-SOFC), 单电池结构为Ni-YSZ/YSZ/LSM, YSZ为8%(x)Y2O3稳定的ZrO2, LSM为锰酸镧锶(La0.7Sr0.3MnO3). 应用扫描电子显微镜(SEM)研究了电池微观结构, 结果表明: 阴极和电解质之间结合紧密, LSM在阴极YSZ三维骨架上负载性能良好; YSZ电解质薄膜厚约50 μm, 阳极厚约600 μm, 阴极层厚约100 μm. 研究了单电池反应温度T, 阴极催化剂负载层数n, 甲烷和氧气混合体积比Rmix对电池输出性能的影响规律. 在T=800 ℃、n=2、Rmix=2时, 电池性能达到最佳, 开路电压为0.95 V, 最大电流密度为130 mA·cm-2, 最大功率密度为30 mW·cm-2.

用机械球磨法分别以Ti、B、复合物TiB对非晶态Mg45Ti3V2Ni50储氢合金进行了表面修饰. 实验结果表明, 恰当比例的TiB球磨修饰对镁基储氢合金循环稳定性远好于Ti、B 同比例单独修饰合金电极的效果. Mg45Ti3V2Ni50与TiB质量比为2:1的Mg45Ti3V2Ni50-TiB(2:1)复合合金电极的初始放电容量为529.4 mAh·g-1, 第50次循环放电容量仍为277.1 mAh·g-1. 复合物TiB 中Ti、B元素之间和复合合金中合金元素与TiB之间产生了金属与非金属的协同作用, 导致复合合金新的立体褶皱结构的生成, 增强了修饰层与合金间的作用, Mg45Ti3V2Ni50-TiB(2:1)合金电极表面活性增强, 循环稳定性显著提高.

运用电沉积技术制备出Sn-Co-Zn合金电极材料. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了该合金材料的相结构和表面形貌. 通过循环伏安和电位阶跃实验研究了Sn-Co-Zn合金的电沉积机理, 实验表明, Sn-Co-Zn合金电沉积按扩散控制连续成核和三维生长方式进行. XRD结果表明, 该合金由CoSn3、Co3Sn2和Zn组成. 电化学性能测试表明: Sn-Co-Zn合金电极首次放电(脱锂)容量达751 mAh·g-1, 首次循环的库仑效率为88%; 30周循环之后放电容量为510 mAh·g-1. 该Sn-Co-Zn合金电极良好的电化学储锂性能可能归因于材料的多相结构.

以共沉淀法合成的前驱体Ni1/3Co2/3-xAlx(OH)2与低共熔锂盐0.38LiOH·H2O-0.62LiNO3制备了锂离子电池正极材料LiNi1/3Co2/3-xAlxO2(x=1/12, 1/6, 1/3, 1/2, 7/12). 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和电化学性能测试对其结构、形貌和电化学性质进行表征. 结果表明, LiNi1/3Co2/3-xAlxO2在1/12≤x≤1/3范围内可以保持单一的六方层状α-NaFeO2结构, 当Al掺杂量(x)高于1/3 时, 会出现杂相. 其中, LiNi1/3Co1/3Al1/3O2结晶程度最高, 阳离子混排效应最小, 并且颗粒小而均匀, 振实密度可以达到2.88 g·cm-3, 首次放电容量为151.5 mAh·g-1, 循环50次后放电容量保持在91.4%, 在1C和2C倍率下放电容量仍可达到133.7和120.9 mAh·g-1.

采用新型流变相法制备锂离子电池正极材料纳米-LiVOPO4. 采用X射线衍射、扫描电子显微镜以及电化学测试等手段对LiVOPO4的微观结构、表面形貌和电化学性能进行了表征. 结果表明, 采用流变相法制备的LiVOPO4由粒径大约在10-60 nm的小颗粒组成. 首次放电容量, 首次充电容量以及库仑效率分别为135.7 mAh·g-1, 145.8 mAh·g-1和93.0%. 0.1C (1C=160 mA·g-1)放电时, 60次循环后, 放电容量保持在134.2 mAh·g-1, 为首次放电容量的98.9%, 平均每次循环的容量损失仅为0.018%. 而1.0C和2.0C放电时的放电容量达到0.1C放电容量的96.5%和91.6%. 随着放电次数的增加, 电荷转移阻抗增加, 而锂离子在电极中的扩散系数达到10-11 cm2·s-1数量级. 实验结果显示采用流变相法制备的LiVOPO4是一种容量高、循环性能好、倍率性能好的锂离子电池正极材料.

利用高压釜提高反应温度合成了3-甲基苯并噻唑碘(MBTI)和2,3-二甲基苯并噻唑碘(DMBTI), 研究了杂环上2位甲基对苯并噻唑碘的热稳定性和熔点的影响; 使用超微铂电极循环伏安法和电化学阻抗谱研究了苯并噻唑阳离子结构对I-3和I-的氧化还原行为及Pt电极/电解质界面的影响, 并组装成染料敏化太阳电池(DSCs). 结果表明: 该合成方法具有操作简便, 反应时间短, 产物提纯容易, 产率高的特点; DMBTI的熔点和热稳定性均高于MBTI; 当电解质组成为0.1 mol·L-1 I2, 0.1 mol·L-1 LiI, 0.6 mol·L-1 1-甲基-3-丙基咪唑碘(MPII), 0.3 mol·L-1 DMBTI, 溶剂为γ-丁内酯, 组装的DSCs的短路电流密度为16.91 mA·cm-2, 开路电压为0.65 V, 填充因子为0.57, 光电转换效率可达6.28%.

采用干压法制备了NiO-YSZ(氧化钇稳定氧化锆)/(ZrO2)0.89(Sc2O3)0.1(CeO2)0.01(10ScSZ-1CeO2)半电池, 经还原-酸溶法除去NiO制备了多孔YSZ负载致密10ScSZ-1CeO2双层结构, 通过浸渍法在多孔YSZ阳极基体中引入Ce、Cu的硝酸盐制备Cu-CeO2-YSZ复合阳极, 结合La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极构建了Cu-CeO2-YSZ/10ScSZ-1CeO2/LSCF单元电池. 通过X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)等手段对电池单元的物相、微观结构进行表征. 结果表明: 还原-酸溶法制备的YSZ/10ScSZ-1CeO2双层结构的YSZ基体具有孔隙率高(>64%)、孔洞连通性好的微观结构, 有助于采用浸渍法引入Ce、Cu硝酸盐; 10ScSZ-1CeO2电解质薄膜致密无缺陷, 厚约30 μm. 电性能测试表明所构建单元固体氧化物燃料电池(SOFC)具有良好的电性能输出, 在650 ℃以湿H2和CH4为燃料时的最大功率密度分别为0.29和0.09 W·cm-2; 在700 ℃以湿H2和CH4为燃料时的最大功率密度分别达到0.48 和0.21 W·cm-2. 优良的电性能主要归功于小的电解质内阻和阴极极化电阻以及良好的阳极微观结构.

铁-三乙醇胺(Fe-TEA)可作为媒质用于间接电化学法还原靛蓝. 本工作采用循环伏安法研究了靛蓝在Fe-TEA媒质中的电化学行为, 比较了石墨、银、镍、不锈钢四种阴极材料的电催化性能, 探讨了靛蓝间接电还原的机理. 此外, 还进行了一组L9(34)正交电解实验, 通过正交实验分析了各因素对电流效率的影响. 实验结果表明: 在Fe(III)-TEA媒质中, 以不锈钢网为阴极可实现靛蓝的间接电化学还原, 最高电流效率可达44.7%. 在实验所设计因素水平范围内, 对电流效率影响最大的因素为Fe(III)-TEA媒质浓度. 在靛蓝的间接电还原过程中存在一种靛蓝自由基, 该自由基能起到靛蓝电还原的媒质作用, 在一定实验条件下, 该靛蓝自由基的媒质作用可以大于Fe(III)-TEA.

316L不锈钢以其质轻, 价廉, 易加工成型以及良好的导电导热性能而成为极具潜力的质子交换膜燃料电池双极板材料, 但其在电池运行环境中仍有一定缺陷. 在阴极条件下不锈钢板易钝化, 增加了与碳纸扩散层间的界面接触电阻; 而在阳极条件下, 则由于金属离子的溶解, 污染了膜电极, 引起催化剂中毒, 从而降低电池输出功率, 影响电池性能. 本文采用喷涂技术在316L不锈钢表面制备导电石墨涂层, 测得其与Toray 060碳纸的接触电阻为80.6 mΩ·cm2. 如果在制备石墨涂层前预镀薄层银, 则可使其接触电阻降至19.8 mΩ·cm2. 因此，本文利用Tafel曲线、恒电位氧化等电化学方法, 对该镀银-石墨涂层316L不锈钢与原316L不锈钢和镀银316L不锈钢在模拟质子交换膜燃料电池阴、阳极工作环境条件下的耐腐蚀性能进行了研究. 结果表明, 镀银不锈钢和镀银-石墨涂层不锈钢较原不锈钢的腐蚀电位分别提高了0.49和0.35 V, 腐蚀电流密度下降1-2个数量级, 维持在10-6-10-7 A·cm-2. 而镀薄银钢板则因为银层较薄存在微孔, 使得部分不锈钢基体外露,形成腐蚀电池而更易于腐蚀.

用恒电流法分别聚合了掺杂对甲苯磺酸根(pTS-)和十二烷基磺酸根(DS-)的聚吡咯膜(PPy/pTS 和PPy/DS), 通过循环伏安法(CV)和电化学阻抗法(EIS)测试了聚吡咯膜在NaCl溶液中‘过电位’电化学过程前后及不同电位下聚吡咯膜的电化学性能. 同时, 通过嵌入和脱出Na+和Cl-离子的聚吡咯膜在特定溶液中电化学阻抗图谱, 研究了离子的嵌入对聚吡咯膜电化学性能的影响. 结果表明‘过电位’现象可以提高聚吡咯膜的离子电导率和膜电容, Cl-离子的嵌入能提高PPy/pTS的电导率, 而Na+离子的嵌入对聚吡咯膜的电导率影响不大. 另外, 嵌入离子对聚吡咯膜形貌的改变会对聚吡咯膜的离子传导率有一定影响, 从而导致膜的电化学阻抗的变化.

采用循环伏安法研究了肉桂腈在乙腈溶液中的电还原行为, 其在-1.46和-2.0 V处各存在一个还原峰. 第一个峰处恒电位电解得到了线性、环化氢化二聚产物以及苯基戊二腈; 第二个峰处电解得到了饱和二氢还原产物苯丙腈. 结合循环伏安模拟判定了整个电还原的具体反应机理是肉桂腈通过电化学-电化学-化学-化学(EECC)反应机理生成苯丙腈, 同时经历自由基-自由基(RR)过程得到线性和环化二聚产物, 肉桂腈还可以与乙腈的共轭碱反应得到苯基戊二腈. 最终通过循环伏安模拟求得相应反应的动力学常数, 自由基-自由基耦合反应速率常数为104 L·mol-1·s-1, 第二个电子转移反应速率常数为0.3 cm·s-1, 其后质子化反应的速率常数为105 s-1.

采用球磨混合及热处理方法制备了含有多壁碳纳米管(MCNTs)的硫基复合正极材料, 利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测定材料的结构和形貌, 较系统地研究了MCNTs含量和粘结剂种类对硫基复合正极容量、循环稳定性和自放电行为等的影响. 结果表明: MCNTs的合适含量为5%-8%(w, 质量分数), 以水性粘结剂环糊精制备的硫基复合正极电化学性能最佳. 锂-硫电池在常温和半充电状态下放置30天几乎没有自放电; 当电流倍率为0.1C时, β-环糊精为粘结剂的正极初始充电容量为687.7 mAh·g-1, 100次循环以后可逆容量为623.8 mAh·g-1, 容量保持率达90.7%.

采用循环伏安一步共聚法在碳纳米管修饰的铂基体上制备了电活性碳纳米管/聚苯胺/铁氰化镍(CNTs/PANI/NiHCF)复合膜. 用傅立叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线能谱仪(EDS)和扫描电镜(SEM)研究了复合膜组成及其表面形貌, 并用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)等测试了复合膜的循环稳定性与电化学容量性能. 研究表明: CNTs/PANI/NiHCF复合膜为三维多孔有序的网络状结构, PANI和NiHCF以纳米颗粒形式存在并沿CNTs均匀分布; 在电流密度为2 mA·cm-2时, CNTs/PANI/NiHCF复合膜的比容量高达262.28 F·g-1, 比能量为29.51 Wh·kg-1, 电流密度为10 mA·cm-2时比功率可达10228.61 W·kg-1; 在2000次循环充放电过程中, 复合膜的电容量仅衰减19.92%, 电荷充放电效率一直保持在99%以上. CNTs/PANI/NiHCF有机-无机杂化膜具有良好的功率特性和快速充放电能力, 是一种优异的超级电容器材料.

以金属钛为靶材、O2/N2/Ar混合气氛为溅射气体, 在导电玻璃(ITO)表面磁控溅射一层薄膜, 再经300-500 ℃退火处理制备了氮掺杂TiO2薄膜. 采用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见吸收光谱等对薄膜的微观结构、光学特性和光电化学性能等进行了研究. 进而采用化学沉积的方法在TiO2-xNx薄膜表面沉积上一层多孔NiO薄膜, 研究表明, 制备的ITO/TiO2-xNx/NiO双层薄膜具有明显的光电致色特性, 400 ℃退火处理的氮掺杂TiO2薄膜具有最高的光电流响应, 经氙灯照射1 h后, 薄膜从无色变成棕色, 500 nm波长处光透过率从79.0%下降至12.6%.

利用溶胶-凝胶法合成纳米NiCo2O4,并利用X射线衍射和透射电镜分析其结构和表面形貌. 结果表明NiCo2O4具有尖晶石结构, 平均粒径约为15 nm. 利用电势线性扫描和恒电势法测定了其对H2O2在碱性溶液中电化学还原反应的催化性能. 发现NiCo2O4对H2O2电化学还原具有高的催化活性和稳定性, 在H2O2浓度低于0.6 mol·L-1时, 其电化学还原反应主要通过直接还原途径进行. 以NiCo2O4为阴极催化剂的Al-H2O2半燃料电池在室温下的开路电压达1.6 V; 在1.0 mol·L-1 H2O2溶液中, 峰值功率密度达209 mW·cm-2, 此时电流密度为220 mA·cm-2.

采用失重实验, 动电位极化, 交流阻抗, 量子化学计算和拉曼光谱等方法研究了N,N'-二异丙氧基丙基二硫代二丙酰胺(DPDA)在1 mol·L-1盐酸溶液中对碳钢的缓蚀性能. 失重实验结果表明, DPDA在盐酸溶液中能够有效地抑制碳钢的腐蚀, 当缓蚀剂DPDA的浓度为1×10-3 mol·L-1时, 其缓蚀效率达到90.2%. 极化曲线表明DPDA 为混合型缓蚀剂, 单一的容抗弧变化表明碳钢电极表面的腐蚀过程主要由电荷转移步骤控制. 由失重实验, 动电位极化和电化学交流阻抗方法得到的DPDA缓蚀效率具有较好的相关性, 均表现为缓蚀效率随着DPDA浓度的增大而增加.另外, DPDA在碳钢表面的吸附符合Langmuir吸附等温式.吸附过程的吉布斯自由能(△G0ads)为-38.65 kJ·mol-1, 这说明DPDA分子在碳钢表面形成共价键而发生了自发的化学吸附. 拉曼光谱表明DPDA分子有效地吸附在碳钢表面, 量子化学计算结果证明DPDA分子在碳钢表面的化学吸附活性中心集中在S原子上.

采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和电化学测试的方法研究了304不锈钢管和镀锌钢管在模拟地热水(我国中部平原地热水的环境条件)中的腐蚀与结垢行为. 结果表明, 不锈钢管的结垢产物为“针”状物, 其组成主要为CaCO3和MgCO3; 镀锌钢管的腐蚀与结垢产物为“球”状物和“针”状物, 其组成主要为Zn(OH)2、ZnO和CaCO3;腐蚀产物与结垢产物在晶核的形成生长过程中往往存在相互作用, 同时它们在基材表面的分布对镀锌钢管的进一步腐蚀产生一定的抑制作用.

研究了一种新型有机醌类化合物1,4,5,8-四羟基-9,10-蒽醌(THAQ)及其氧化产物(O-THAQ)的电化学性能. 循环伏安和充放电结果显示, 在放电时材料中的羰基和羟基均被还原为烯醇锂盐(=C—O-Li+)结构, 其中羰基还原为烯醇锂盐结构的过程可逆. O-THAQ首次放电容量和循环性能都有显著提高, 氧化产物的首次放电容量为250 mAh·g-1, 20次循环容量为100 mAh·g-1. 讨论了THAQ氧化前后性能差异的原因.

使用草酸盐共沉淀法合成了LiNi0.5Mn0.5O2, 并研究了共沉淀时的pH条件对终产物的结构、形貌及电化学性能的影响. 采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了在pH值为4.0、5.5、7.0和8.5时得到的共沉淀和终产物LiNi0.5Mn0.5O2的结构和形貌. 使用充放电实验研究了不同pH条件下得到的LiNi0.5Mn0.5O2的电化学性能. 结果表明, pH为7.0时, 合成的材料颗粒更小、分布最均匀, 材料具有良好的层状特征, 且材料中锂镍的混排程度最小. 电化学测试结果印证了pH为7.0时合成的材料具有更好的电化学性能, 在0.1C的倍率下, 材料的首次放电比容量达到了185 mAh·g-1, 在循环20周后, 放电比容量仍然保持在160 mAh·g-1. X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明, pH为7.0时合成的LiNi0.5Mn0.5O2中Ni为+2价, Mn为+4价.