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当期目录

    2025年 第31卷 第5期    刊出日期:2025-05-28
    上一期   
    第31卷第5期封面和目次
    2025, 31(5):  0-0. 
    摘要 ( 0 )   PDF (3406KB) ( 11 )  
    相关文章 | 计量指标
    综述
    MXene复合材料的制备及其改性策略在电化学储能中的应用
    游章海, 卢定泽, Kiran Kumar Kondamareddy, 顾文举, 成鹏飞, 杨静萱, 郑睿, 王红梅
    2025, 31(5):  2418001.  doi:10.61558/2993-074X.3524
    摘要 ( 1 )   RichHTML ( 11)   PDF (7444KB) ( 242 )  
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    在先进工业化与城市化的加速发展的背景下,环境恶化的速度不断加快,不可再生能源资源也日益枯竭。因此,开发潜在的清洁能源存储技术显得尤为迫切。电化学储能技术目前已广泛应用于多个领域,其中超级电容器和可充电电池作为关键组成部分,发挥着重要作用。这些技术不仅是存储可再生能源的核心要素,还对推动可持续发展具有重要意义。近年来,二维材料MXene凭借其卓越的电学性能、较大的比表面积以及可调控特性,在能源领域及其他多个应用场景中展现出巨大的发展潜力。基于MXene的层状结构,研究人员通过对费米能级处的表面终端进行调整,成功实现了储能与能量转换的双重功能。值得关注的是,与其他二维材料相比,MXene在表面拥有更多的活性位点,这使其表现出优异的催化性能。反观其他二维材料,其催化活性仅体现在边缘位点。本文全面且系统地概述了基于MXene的聚合物材料的合成工艺、结构特征、改性手段,以及它们在电化学储能领域的具体应用。此外,文章还简要探讨了MXene聚合物材料在电磁屏蔽技术和传感器领域的潜在应用价值,并对未来的研究方向进行了展望,以期为相关领域的进一步发展提供参考。

    论文
    聚苝酰亚胺原子和电子结构的理论见解:光催化析氧活性的起源
    王亦清, 林治, 李明涛, 沈少华
    2025, 31(5):  2418002.  doi:10.61558/2993-074X.3523
    摘要 ( 0 )   RichHTML ( 7)   PDF (2656KB) ( 81 )  
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    聚苝酰亚胺被认为是光催化析氧的优异候选材料,但其光催化析氧反应活性的来源仍需要进一步的探索。本文基于X射线衍射谱解析了自组装合成聚苝酰亚胺的晶体和原子结构,并利用第一原理密度泛函理论计算阐明其电子结构,证实聚苝酰亚胺具有适合光催化析氧反应的能带结构和优异的电子激发效率。晶体轨道哈密顿布居分析证实,共轭结构中尿素和苝环之间的羰基氧原子是光催化析氧的反应活性位点。反应自由能变化计算表明,聚苝酰亚胺表面的光催化析氧反应遵循H2O → *OH → *O → *OOH → *O2的反应路径,过电位为0.81 V。通过对原子结构和电子结构的理论研究,本文阐明了聚苝酰亚胺光催化析氧反应的活性起源,为高效光催化析氧聚合物光催化剂的设计和改性提供理论指导。

    介孔碳质子交换膜燃料电池结构与传输阻力仿真分析
    邓豪, 刘佳, 侯中军
    2025, 31(5):  2514001.  doi:10.61558/2993-074X.3546
    摘要 ( 0 )   RichHTML ( 8)   PDF (4423KB) ( 47 )  
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    介孔碳载体可通过纳米孔限域Pt沉积缓解磺酸根中毒问题,但其形态特征对氧传输的影响机制尚不明确。本研究结合碳载体形态模拟与改进的催化层团聚体模型,构建了阐明催化层孔结构演化、Pt利用率及氧传输过程的数学模型。结果表明,局部传质阻力主要由三个因素主导:(1)决定氧通量的活性位点密度;(2)决定最短传输路径的离聚物膜厚度;(3)影响实际路径长度的离聚物-Pt表面积比。在低离聚物/碳比例(I/C比)条件下,活性位点不足导致局域传输阻力显著增加(因素1主导);而高I/C比虽提升离聚物覆盖率,但膜厚增大会削弱传质(因素2-3主导)。大尺寸碳颗粒因降低外比表面积并增加离聚物厚度,导致局域传质阻力净升高。随着纳米孔内Pt占比或Pt质量分数增加,孔内Pt密度升高加剧孔道堵塞,导致活性位点减少并增加离聚物厚度及表面积,进一步增大传质阻力。同样地,Pt载量降低导致活性位点减少,氧传输阻力线性增加。本研究强调需协同优化载体形态、Pt分布及离聚物含量,在平衡催化活性与传质效率的同时抑制孔道堵塞,研究结果可以为高性能介孔碳催化剂设计提供系统化理论指导。

    三维三聚氰胺碳海绵/碘化钠复合材料作为钠离子电池正极材料的研究
    黄倩莹, 刘悦, 林子鑫, 郑淑怡, 梅婷婷, 唐宇婷, 张颖鹤, 刘军
    2025, 31(5):  2501081.  doi:10.61558/2993-074X.3534
    摘要 ( 0 )   RichHTML ( 12)   PDF (4235KB) ( 68 )  
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    钠碘(Na-I)电池作为一种潜在的可替代锂离子电池的储能装置,展现出良好的发展前景。然而,其实际应用受到导电性差、热稳定性不足以及多碘化物溶解与穿梭效应的限制。在本研究中,我们报道了一种通过碳化商用三聚氰胺海绵制备碳海绵(MC)的新方法。所制备的MC具有独特的自生长碳纳米管结构,能够为多碘化物提供物理和化学吸附,从而有效改善Na-I2电池的电化学性能。实验结果表明,NaI/MC电极大幅降低了电化学阻抗,并减少了多碘化物的溶解效应。NaI/MC正极在200次循环测试中平均放电容量为92.75 mAh·g-1,同时库仑效率稳定维持在94%。本研究成果展示了在储能钠离子电池领域潜在的应用前景。