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    1. 钒基电极材料研究进展
    孙梦雷, 张达奇, 冯金奎, 倪江锋
    电化学(中英文)    2019, 25 (1): 45-54.   DOI: 10.13208/j.electrochem.180541
    摘要1681)      PDF(pc) (1124KB)(45008)    收藏
    发展低成本、高性能、高安全的锂离子、钠离子电池是解决能源储存问题的一个重要途径. 由于具有丰富的化学价态,开放式的化学结构和较高的理论容量,钒基材料是一种非常有潜力的锂离子电池、钠离子电池电极材料. 在过去的几年中,钒基电极材料如钒的氧化物、硫化物、磷酸盐等在电池中的应用取得了长足的进展,有必要对相关的研究进展作一个总结. 本文介绍了钒基电极材料的近期研究进展,重点总结了钒基电极材料应用所面临的离子扩散系数低、结构稳定性差等科学问题,并从活性材料本身的改性以及与外部材料复合作用两个角度重点分析了应对这些问题所采用的策略. 一方面,通过对钒元素的化合价态进行调控来提高材料的电导性,并采用异原子掺杂来加快离子扩散系数. 另一方面,借助同/异种纳米结构间的耦合作用增强材料的结构稳定性. 基于基底的骨架作用,实现三维有序阵列结构电极的制备,进而促进材料能量密度与功率密度的共同提升. 最后,讨论了钒基材料进一步发展所面临的挑战,希望能够为将来相关电极材料的研究提供一些参考.
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    2. 电化学原位同步辐射技术在锂离子电池电极材料研究中的应用
    龚正良, 张炜, 吕东平, 郝晓罡, 文闻, 姜政, 杨勇
    电化学(中英文)    2013, 19 (6): 512-522.   DOI: 10.13208/j.electrochem.130361
    摘要6070)      PDF(pc) (5324KB)(21282)    收藏
    同步辐射光源及其相关的谱学技术因其亮度高、单色性好及能量可调等突出特点,为锂离子电池材料组成-结构-性能关系的解析,尤其是其充放电循环过程的电化学反应机理、电极老化及失效的原位、实时动态研究提供了强有力的分析手段. 本文主要结合本课题组的研究工作,并综述同步辐射的电化学原位技术在锂离子电池及其相关材料研究的应用. 重点总结、分析及评述电化学原位XRD及XAFS等技术在电池充放电循环过程中结构演化、离子荷电态及反应动力学过程.
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    3. 拉曼光谱在锂离子电池研究中的应用
    赵亮, 胡勇胜, 李泓, 王兆翔, 徐红星, 黄学杰, 陈立泉
    电化学(中英文)    2011, 17 (1): 12-23.   DOI: 10.61558/2993-074X.2814
    摘要6694)      PDF(pc) (5621KB)(11182)    收藏
    综述拉曼光谱(Raman spectroscopy)在锂离子电池碳负极材料、尖晶石LiMn2O4和LiFePO4正极材料、聚合物和室温熔盐电解质以及电极/电解质界面膜研究中的应用,分析了非原位拉曼测试手段与原位拉曼测试手段的优缺点,展望了这一领域目前有待解决的问题和可能应用的新技术.
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    4. 电化学电容器氮化钒负极材料性能研究
    高兆辉, 张浩, 曹高萍, 韩敏芳, 杨裕生
    电化学(中英文)    2013, 19 (2): 178-183.   DOI: 10.61558/2993-074X.2947
    摘要3002)      PDF(pc) (14141KB)(10746)    收藏
    利用高温氨解还原氧化钒(V 2O 5)制备了氮化钒(VN)纳米材料. 采用XRD、SEM与TEM观察分析样品的结构和形貌,采用氮气吸附、循环伏安曲线以及恒流充放电曲线测试样品的比表面积、孔径分布和电极电化学性能. 结果表明,VN样品属于立方晶系(Fm3m [225]),其大小均一,近似球形,氨解时间的加长(12 h),小颗粒间相互交联可形成一定的介孔. 50 mA?g-1电流密度下VN-c电极的比电容能达到192 F.g- 1,1000周期循环其比电容仍有150 F.g -1,同时具有双电层电容性能和氧化还原反应的准电容性能.
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    5. 高温固体氧化物电解制氢技术发展现状与展望
    张文强, 于波
    电化学(中英文)    2020, 26 (2): 212-229.   DOI: 10.13208/j.electrochem.191144
    摘要2438)   HTML37)    PDF(pc) (2279KB)(10586)    收藏

    固体氧化物电解池是一种先进的能量转换装置,具有高效、简单、灵活、环境友好等特点,是目前国际能源领域的研究热点. 本文对高温固体氧化物电解制氢技术的基本原理、关键材料、系统组成、发展历程及国内外研究现状等进行了总结和分析,小结了该技术发展面临的主要挑战,简述了清华大学在高温固体氧化物电解领域近期的研究进展,并对其未来应用前景进行了展望.

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    6. 电化学阻抗谱弛豫时间分布基础
    王佳, 黄秋安, 李伟恒, 王娟, 庄全超, 张久俊
    电化学(中英文)    2020, 26 (5): 607-627.   DOI: 10.13208/j.electrochem.200641
    摘要8423)   HTML1225)    PDF(pc) (55357KB)(9764)    收藏

    电化学阻抗谱(EIS)是一种高效的原位/非原位电化学表征技术,已在电化学能源领域得到广泛应用,如用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池等材料及器件性能的诊断和优化. 弛豫时间分布(DRT)是一种不依赖于研究对象先验知识的EIS解析技术,可用于分离和解析EIS中高度重叠的物理化学过程. 为了促进DRT解析技术的应用和推广,本文详细阐述了如下问题: 1) DRT解析原理、实现算法及重要扩展; 2) 典型电路基元的DRT解析分析; 3) DRT的具体实现及在电化学能源中的典型应用举例; 4)DRT解析技术研究进展、存在问题及发展趋势.

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    7. 血红蛋白在月桂酸修饰玻碳电极的电催化行为
    苗新蕊, 张旭红, 谢英,
    电化学(中英文)    2007, 13 (2): 203-206.   DOI: 10.61558/2993-074X.1808
    摘要8618)      PDF(pc) (283KB)(9253)    收藏
    研究血红蛋白在月桂酸修饰电极上的电化学行为,在0.02mol.L-1KH2PO4-Na2HPO4(pH=7)的缓冲液中,+0.6~-0.7V(vs.Ag/AgCl)电位范围内,Hb于该修饰电极产生不可逆还原电流峰.还原峰电流ip与v1/2呈线性关系,ip随溶液pH值和血红蛋白浓度的增加而增大,其浓度在1.00×10-8~5.00×10-9mol.L-1和1.92×10-6~2.06×10-7mol.L-1范围内分段呈线性变化关系.实验数据经进一步分析拟合,得到更精确的信息.该电极可作为检测血红蛋白的新型电化学生物传感器.
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    8. 电动汽车与动力电池
    艾新平, 杨汉西
    电化学(中英文)    2011, 17 (2): 123-133.   DOI: 10.61558/2993-074X.2827
    摘要5499)      PDF(pc) (2024KB)(8468)    收藏
    通过回顾电动汽车一百多年的发展历史,讨论了化学电源技术对电动汽车发展的影响。在简要介绍电动汽车种类和电动汽车对动力电池的技术要求之后,围绕动力锂离子电池应用的主要问题进行了讨论,包括电池安全性、环境适应性和成本。最后,简单分析了未来动力电池技术的发展之路。
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    9. 锂离子电池有机电解液研究
    庄全超,武山,刘文元,陆兆达
    电化学(中英文)    2001, 7 (4): 403-412.  
    摘要3651)      PDF(pc) (416KB)(7994)    收藏
    本文分析了影响有机电解液电导率的主要因素 ;总结了有机电解液的一般特点 ,从有机溶剂和电解质锂盐两个方面介绍了有机电解液的化学和电化学 ;概述了各常用有机溶剂的性质和近年来的研究状况 ;综述了有机电解液在电解质锂盐、有机溶剂和添加剂三个方面的研究进展 .文章最后对有机电解液研究的现状作了简要的评论
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    10. 燃料电池技术发展现状与展望
    侯明, 衣宝廉
    电化学(中英文)    2012, 18 (1): 1-13.   DOI: 10.61558/2993-074X.2872
    摘要5743)      PDF(pc) (2923KB)(6126)    收藏
    燃料电池是一种高效、清洁的电化学发电装置,近年来得到国内外普遍重视.本文详细阐述了燃料电池的近期研究进展与未来面临的挑战及发展方向。燃料电池在宇宙飞船、航天飞机、潜艇动力源已经得到应用;在汽车、电站及便携式电源等民用领域展现了成功的示范,但低成本、长寿命仍然是商业化面临的瓶颈问题.未来我国应大力推进燃料电池在水下潜器、航天飞行器等特殊领域的应用,解决高可靠性与安全性及环境适应性等关键问题;同时,在民用领域要实现燃料电池寿命与成本兼顾,从材料、部件及系统等3个层次深入技术改进与创新,尽快推进燃料电池的商业化.
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    11. 含FEC电解液的锂离子电池低温性能研究
    杨春巍, 吴锋, 吴伯荣, 任永欢, 姚经文,
    电化学(中英文)    2011, 17 (1): 63-66.   DOI: 10.61558/2993-074X.2818
    摘要5648)      PDF(pc) (1884KB)(5857)    收藏
    研究含FEC溶剂电解液(FEC+EMC,EC,PC)的低温性能及其与磷酸铁锂正极或中间相碳微球(MCMB)负极的匹配.该电解液具有较高的低温电导率,FEC可在1.6 V与负极反应成膜,有效地提高负极稳定性.红外测试发现,FEC可抑制其它电解液溶剂在负极成膜过程中的分解,在常温(20℃)和低温(-20℃)下形成的SEI膜阻抗均较低.电化学测试表明,以该电解液装配的锂离子电池(电极)具有较高的低温放电容量和倍率性能.
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    12. 燃料电池用质子交换膜的研究进展
    于景荣,邢丹敏,刘富强,刘建国,衣宝廉
    电化学(中英文)    2001, 7 (4): 385-395.  
    摘要3145)      PDF(pc) (171KB)(5788)    收藏
    质子交换膜燃料电池 (PEMFC)以质子交换膜 (PEM )作为电解质和隔膜 ,其性能强烈地依靠PEM的性质 .本文分析了PEMFC对PEM的要求 ,对全氟化、部分氟化和非氟化的PEM进行了分类介绍 ,着重讨论了膜的结构、制备、性质以及它们在PEMFC中的应用
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    13. 锂离子电池内部短路失效的反应机理研究
    李贺, 于申军, 陈志奎, 梁广川,
    电化学(中英文)    2010, 16 (2): 185-191.   DOI: 10.61558/2993-074X.3341
    摘要5066)      PDF(pc) (455KB)(5568)    收藏
    应用电池挤压试验机研究了锂离子电池内部短路失效过程,并由DSC、GC/MS和XRD分析了电池内部的正极、负极和电解液之间在不同温度下的反应机理.实验表明,正极Li0.5CoO2与电解液的反应是导致电池内部短路失效的根本原因.电池因内部短路发热,一旦温度达到正极Li0.5CoO2的分解温度时,正极瞬时分解,并释放出O2.后者与电解液瞬间发生剧烈反应,同时放出大量CO2气体,冲破电池壳体,造成电池发生爆炸.其中SEI膜自身的分解反应以及负极与电解液在初期的反应都为正极与电解液反应起了积累热量的作用.
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    14. 《电化学方法》
    章宗穰
    电化学(中英文)    2001, 7 (2): 255-255.  
    摘要2406)      PDF(pc) (87KB)(5439)    收藏
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    被引次数: Baidu(7)
    15. 电化学法沉积氧化锌晶须
    芦鹏曾, 李素, 贾金乾, 梁镇海,
    电化学(中英文)    2011, 17 (1): 93-96.   DOI: 10.61558/2993-074X.2823
    摘要4164)      PDF(pc) (1386KB)(5387)    收藏
    应用阳极氧化法沉积氧化锌(ZnO)松针状晶须,SEM和XRD观察、表征样品形貌与结构.结果表明,电沉积氧化锌晶须直径为20~50 nm、长度200~300 nm、长径比10~15,纯度高,结晶度好,属六方晶系纤锌矿(JCPDS 36-1451).循环伏安法研究了该氧化锌结晶过程,并考察了电解液的锌酸盐[Zn(OH)4]2-浓度和基底表面氧化膜对晶须生成的影响.
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    被引次数: Baidu(7)
    16. 锂离子电池正硅酸盐正极材料研究进展
    吕东平, 王琳, 杨勇
    电化学(中英文)    2011, 17 (2): 161-168.   DOI: 10.61558/2993-074X.2084
    摘要6202)      PDF(pc) (2074KB)(5302)    收藏
    正硅酸盐正极材料因其高理论容量、高安全性能、低成本及环境友好等优点,近几年引起研究者的广泛关注. 本文综述了国际上正硅酸盐材料最新研究进展.结合课题组在本领域的研究,着重从此类材料的合成方法、结构研究、电化学性能及反应机理研究等方面进行阐述. 综合分析正硅酸盐材料各种合成方法的优缺点、结构研究存在的争议以及性能和机理研究上的难点,并分析及展望今后研究中亟待解决的问题和未来可能的发展方向.
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    被引次数: Baidu(39)
    17. 电化学方法在荧光碳点研究中的应用
    齐宝平, 龙艳敏, 包蕾, 刘翠, 张志凌, 庞代文
    电化学(中英文)    2011, 17 (3): 271-277.   DOI: 10.61558/2993-074X.2839
    摘要7125)      PDF(pc) (1639KB)(5275)    收藏
    作为以碳为骨架结构的新型纳米材料,碳点具有许多优良的性能,如发射波长可调、良好的光稳定性、抗光漂白、良好的水溶性以及易于生物偶联等. 正是因为这些优点,碳点和其它碳质纳米材料(富勒烯、碳纳米管、石墨烯)一样受到了广泛的关注. 电化学方法制备碳点具有条件温和、费用低廉、后处理简单等特点. 另外,电化学方法在材料的表面结构分析以及发光机理的研究中也有其独特的优势. 本文即就电化学方法在荧光碳点的制备以及发光机理探讨中的应用作了综述,并简略介绍了碳点在传感器中的应用,提出了优化电化学方法制备碳点的某些设想.
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    被引次数: Baidu(32)
    18. 导电聚合物的电化学制备和电化学性质研究——中国科学院有机固体重点实验室导电聚合物电化学研究工作简介(I)
    李永舫
    电化学(中英文)    2004, 10 (4): 369-378.  
    摘要3704)      PDF(pc) (379KB)(4856)    收藏
    简要介绍本研究组自上世纪80年代以来在导电聚合物的电化学制备和电化学性质研究中取得的一些主要成果,包括吡咯电化学聚合条件的影响、电化学聚合反应机理及其反应动力学、导电聚吡咯的两种掺杂结构及其两步电化学氧化还原过程和电化学过氧化的机理、导电聚苯胺的电化学性质、导电聚合物稳定性的电化学解释等等.
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    被引次数: Baidu(123)
    19. 原位 57Fe穆斯堡尔光谱技术及其在Ni-Fe基析氧反应电催化剂中的应用
    Jafar Hussain Shah, 谢起贤, 匡智崇, 格日乐, 周雯慧, 刘朵绒, Alexandre I. Rykov, 李旭宁, 罗景山, 王军虎
    电化学(中英文)    2022, 28 (3): 2108541-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.210854
    摘要2434)   HTML8349)    PDF(pc) (3564KB)(4777)    收藏

    近年来,析氧反应(oxygen evolution reaction)中针对高效且具有成本效益的电催化剂开发一直是构筑有效利用可再生能源存储系统和水分解生产清洁氢能燃料的重大障碍。OER过程涉及四电子、四质子耦合并形成氧-氧(O-O)键,因此动力学上进程缓慢。为提升其在水分解产氢及二氧化碳还原反应中的应用,需要开发高效催化剂,降低OER过电位,以减轻能量转换过程中固有的能量损失。研究表明,IrO2和RuO2具有较低析氧过电位,但储量低、价格昂贵,大大限制了其在析氧反应中的大规模应用。而Ni-Fe基析氧催化剂在碱性水分解反应中展现了优异的性能,其在水分解过程中的催化机制仍有待进一步研究。
    为了解决Ni-Fe基催化剂在析氧反应过程中反应位点及催化反应机制等关键问题,迫切需要更先进的原位技术来准确表征,原位追踪催化剂形态变化与电解质/电极之间的界面相互作用的影响。光谱与电化学结合的原位技术可以监测析氧反应过程催化剂自身的变化。目前,已有大量原位光谱技术与电化学进行结合,揭示Ni-Fe基催化剂在OER过程中的反应机理及活性位点,包括原位表面增强拉曼光谱、原位同步辐射X射线吸收光谱、原位紫外-可见光谱、原位扫描电化学显微镜及原位穆斯堡尔光谱等。其中,原位拉曼技术可以观察Ni-Fe催化剂的振动,可以在电解液中施加测试电压条件下监测电化学反应过程中的中间体,从而提供实时反应信息,有助于追踪电化学驱动反应是如何发生的。原位同步辐射技术可以研究OER过程中Ni-Fe催化剂材料的电子结构和局部几何结构的信息,但目前的研究中更多的是探究Ni的价态变化,对Fe的研究信息较少。原位紫外-可见光谱也主要是针对Ni(OH)2的变化展开研究,逐渐提高施加电位,Ni(OH)2会向着NiOOH逐渐变化,紫外-可见技术可以追踪Ni-Fe基电催化剂中的金属氧化过程。众多电化学原位光谱技术中,57Fe穆斯堡尔谱因具有超高的能量分辨率,是确定催化剂相结构、鉴定活性位点、阐明催化机理以及确定催化活性与催化剂配位结构之间关系的最佳手段。此外,原位穆斯堡尔光谱技术基于原子核和核外电子的超精细相互作用而给出的同质异能移、四极矩分裂以及有效磁场等针对催化剂中的Fe位点的氧化态、电子自旋构型、对称性和磁性信息进行研究,为Ni-Fe基催化剂在析氧反应中的应用提供强有力的支持。
    1957年,德国科学家鲁道夫·路德维希·穆斯堡尔(Rudolf Ludwig Mössbauer)在其27岁时,发现作为晶格谐振子的原子在发射或吸收γ射线时以一定的概率不会改变它们的量子力学状态,而这一γ射线的核共振吸收现象于1961年获得诺贝尔物理学奖,不久后被命名为穆斯堡尔效应。穆斯堡尔效应是来自于无反冲的γ射线吸收和发射的核共振现象,能量Ee处于激发态的原子核(Z质子和N中子)通过产生能量为Eγγ射线跃迁到能量为Eg的基态,γ射线可能会被处于基态的另一个相同类型的原子核(相同的ZN)吸收,从而转变为能量Ee的激发态。只有当发射线和吸收线足够重叠时,才能看到共振吸收。
    原位穆斯堡尔谱在Ni-Fe催化剂析氧反应中应用,首先需要搭建57Fe穆斯堡尔谱仪与电化学工作站联用。标准的穆斯堡尔光谱仪主要由放射源(通常是57Co在Rh或Pd金属基质中用于57Fe穆斯堡尔光谱)、速度传感器、速度校准装置、波形发生器和同步器、γ射线检测系统、多通道分析仪、计算机,并且可选配低温恒温器或高温烘箱,以控制测量过程处于适宜温度。实际测试过程中,穆斯堡尔谱可以通过速度扫描方法生成,利用移动驱动器或速度传感器以特定速度重复移动源或样品(所谓的多普勒运动),同时γ射线连续传输或发射穿过样品并计数在同步通道上。获得穆斯堡尔谱图后,基于穆斯堡尔谱数据库(https://medc.dicp.ac.cn/,由中国科学院大连化学研究所穆斯堡尔效应数据中心从全世界收集的穆斯堡尔谱样品数据),对57Fe穆斯堡尔谱进行分析拟合,对含Fe基材料的物相、价态、自旋态和配位结构进行归因和分析。数据分析拟合主要利用MossWinn数据分析和拟合软件(http://www.mosswinn.com/)。以Ni-Fe氢氧化物催化剂为例,对于原始催化剂,其仅存在一种Fe3+物种,当该催化剂参与OER过程后,可能会存在Fe4+,在双峰基础上,拟合结果中则会出现肩峰向负侧移动现象,可以确认高价Fe的存在,例如Fe4+。为充分证明高价Fe的存在,对于Ni-Fe基催化剂的穆斯堡尔谱测试,还需在工况条件下进行原位测试。
    20世纪80年代后期,非贵金属氧化物和氢氧化物代替贵金属氧化物阳极催化剂的电解水研究开始受到关注。Corrigan等通过将Fe杂质引入NiO阳极,测试过程中发现OER活性会增加,但后续的研究中对于Fe究竟如何改变Ni基催化剂的OER性能仍旧不清晰。尔后,原位穆斯堡尔谱的引入逐渐揭开Fe在Ni-Fe电催化水分解析氧反应中的作用。为提高测试准确性并保证穆斯堡尔谱信号的稳定,本实验室对原位穆斯堡尔谱装置做了开发和改进。主要包括三部分:(1) 穆斯堡尔光谱仪,(2) 电化学工作站,以及(3) 自主设计的原位OER电化学反应池。在我们的实验室中,使用了具有14.4 keV级γ射线的单线57Fe穆斯堡尔谱放射源57Co(Rh),可以减少电解液中的信号衰减并获得令人满意的信噪比,附带CHI660E电化学工作站。对于常规的OER测试,在室温298 K条件下进行测试,测试前首先用α-Fe对穆斯堡尔谱仪进行多普勒速度校准,在进行原位穆斯堡尔谱-OER实验之前,电解液用氮气或氩气饱和以去除溶解的氧气。为了保证测试信号的准确性,实验中所使用的电解池不含任何Fe杂质,因此采用了Teflon材料。为避免测试过程中产生的O2气泡对信号产生干扰,可以采用蠕动泵循环电解液,并且保证测试过程中局部的微反应环境的一致性。对于普通OER测试,仅需要少量催化剂,但对于原位57Fe穆斯堡尔谱测试,只有保证Ni-Fe催化剂中57Fe含量充足的条件下,才可以获得高质量信号。但OER过程中,不建议催化剂载量过高,催化过程中主要是表面催化剂在反应,当样品过厚时,深层样品无法参与析氧反应过程,可能会有部分Fe仍旧维持Fe3+状态。通常,对于常规57Fe穆斯堡尔光谱测量的催化剂,若在制备中使用普通Fe源,则需要Fe含量在5 ~ 10 mg·cm-2,这其中仅有~2.2%的自然丰度57Fe同位素,需要长时间监测才可以采集到信号。为保证实验的顺利进行,可以在样品制备过程中直接使用57Fe源,方便快捷采集高质量信号。为了保证样品测试的准确性,在OER开始前,我们可以在同一电解液中,在开路电位(OCP)下,对其进行测试,这一原始样品的测试可与后续施加电位的Ni-Fe催化剂测试结果进行对比。有外加电压测试时,需要保证催化剂处于稳定状态下进行测试,整个测试过程中保持电流密度稳定,这不仅可以保证催化剂的稳定性,还有助于确定催化剂的真实结构。
    利用原位57Fe穆斯堡尔谱,我们对通过Ni-Fe普鲁士蓝类似物原位拓扑转换获得的Ni-Fe羟基氧化物电催化剂进行了测试。基于原位拉曼技术,我们发现在阳极电位下,Ni-Fe催化剂中α-Ni(OH)2相会不可逆转变为γ-NiOOH。原位57Fe穆斯堡尔谱测试结果表明,在较低的施加电位(例如1.22 V 和1.32 V vs. RHE)下,Fe在NiFe0.2-OxHy中仅处于+3氧化态,其光谱结果与开路电位下NiFe0.2-OxHy谱图相似,其中只有一个双峰,两个峰的强度相等,可归因于高自旋 Fe3+物种。但随着外加电位增加并达到1.37 V,两个峰的强度开始变得不相等,开始出现一个小的肩峰,其同质异能移(δ)值约为-0.25 mm·s-1,可以归属为 Fe4+ 。随着电压的逐渐增加,催化剂中的Fe4+含量逐渐增加。在OER过程中,施加电位1.42 V vs. RHE时,Fe4+含量~ 12%。当施加的电势达到1.57 V时,催化剂中Fe4+的含量进一步增加到约40%。这一实例充分展现了原位57Fe穆斯堡尔谱与Ni-Fe催化OER过程的应用,也体现了NiFe0.2-OxHy催化剂原位产生的Fe4+物种的量与其水氧化反应性能呈正相关,进一步加深了对Ni-Fe水氧化催化机理的理解。
    Ni-Fe基催化剂因其价格低廉,电催化析氧性能优异,因此成为碱性水分解析氧过程的理想候选者。虽然Ni-Fe基电催化剂表现出优异的OER活性,但缺乏长期稳定性阻碍了其在商业中的应用。因此,充分了解Ni-Fe催化剂的衰减机理,包括形态、组成、晶体结构和活性位点数量的变化,对于设计稳定和高效Ni-Fe催化材料非常重要,充分了解Ni-Fe催化剂在OER过程中的电子结构及其与析氧反应中间体的相互作用尤为重要。原位拉曼及原位紫外-可见光谱可以对Ni-Fe催化剂中的Ni(OH)2到NiOOH的变化进行深入探究,而原位57Fe穆斯堡尔谱测试则可以揭示Ni-Fe基催化剂中Fe的电子环境及其电子的、结构的和磁性的变化。穆斯堡尔光谱为研究Ni-Fe催化剂中Fe的局部电子结构、局部配位、键合和氧化态的提供了强大技术支撑。最近,穆斯堡尔光谱在电催化领域获得了越来越多的关注,它对于检测不同铁基催化材料中的主要活性位点有着重要作用。

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    20. 电化学表面增强红外光谱技术进展
    阳耀月, 张涵轩, 蔡文斌
    电化学(中英文)    2013, 19 (1): 6-16.   DOI: 10.61558/2993-074X.2094
    摘要3303)      PDF(pc) (6532KB)(4717)    收藏
    本文主要介绍了近年作者课题组在电化学衰减全反射表面增强红外光谱技术上的研究进展,包括硅柱窗口反射面上各种膜电极的湿法制备、宽频检测复合红外窗口和内、外反射可切换光谱池的设计与构建.
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    21. 生物电化学仪器的发展现状与展望
    胡仁, 朴春晖, 林昌健, 詹东平, 任斌, Christian AMATORE, 田中群
    电化学(中英文)    2013, 19 (2): 97-102.   DOI: 10.61558/2993-074X.2103
    摘要1901)      PDF(pc) (8129KB)(4681)    收藏
    电荷传递是生命运动的基本过程之一,电化学方法在生命科学中的应用为相关生命现象的研究提供了一个有效而独特的物理化学视角,并带来超出常规生物学检测的丰富信息.随着生物电化学研究的不断扩展和深化,已从早期的生物分子电化学研究深入向活体、活细胞、单活细胞水平甚至活细胞中单生物分子水平发展,研究者对仪器设备性能如灵敏度、分辨率(时间分辨、空间分辨和能量分辨)和操作性等提出了越来越高的要求.本文综述了生物电化学仪器在应用领域和研究领域的现状,重点介绍单细胞电化学检测系统的构建,并初步探讨国内生物电化学研究仪器的发展趋势.
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    22. 纯相Li 4Ti 5O 12水热合成及其电化学性能
    谢文俊, 何雨石, 王红, 廖小珍, 马紫峰
    电化学(中英文)    2013, 19 (2): 135-140.   DOI: 10.61558/2993-074X.2104
    摘要3558)      PDF(pc) (10576KB)(4601)    收藏
    以纳米级锐钛矿型二氧化钛(TiO 2)和氢氧化锂(LiOH)为原料,利用水热法合成了尖晶石型Li 4Ti 5O 12材料,并研究了LiOH浓度、水热反应时间及热处理温度对Li 4Ti 5O 12样品结构和电化学性能的影响,分析了Li 4Ti 5O 12的形成过程. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)分析样品材料结构,观察材料形貌. 结果表明,LiOH浓度0.2 mol.L -1、水热反应时间12 h及煅烧温度700 oC可得到纯相尖晶石型Li 4Ti 5O 12,该样品1C倍率放电比容量为146.3 mAh.g -1,40C高倍率其放电比容量仍有101.3 mAh.g -1.
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    23. 不同载体负载Pd催化剂对甲酸的电催化氧化活性比较
    杨苏东, 梁彦瑜, 温祝亮, 宋启军, 张校刚
    电化学(中英文)    2011, 17 (2): 175-179.   DOI: 10.61558/2993-074X.2831
    摘要6071)      PDF(pc) (1333KB)(4586)    收藏
    应用Hummers法氧化合成氧化石墨(GO), 然后用化学一步还原法制得石墨烯(graphene)负载Pd催化剂. 用同样方法以多壁碳纳米管(MWCNTs)、单壁碳纳米管(SWCNTs)和Vulcan XC-72为载体制备了不同负载型的Pd催化剂. X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)表征表明,在石墨烯载体上Pd纳米粒子粒径较小,且分布均匀. 电化学活性面积(ECSA)、循环伏安(CV)、计时电流(CA)和计时电位(CP)电化学测试显示, 与其它3种碳载体的Pd催化剂相比, 石墨烯负载Pd催化剂对甲酸电催化氧化的催化活性和稳定性最好.
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    24. 碱性介质中非贵金属氧还原催化剂的结构调控进展
    王雪, 张丽, 刘长鹏, 葛君杰, 祝建兵, 邢巍
    电化学(中英文)    2022, 28 (2): 2108501-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.210850
    摘要914)   HTML147)    PDF(pc) (2256KB)(4517)    收藏

    碱性介质中的氧还原反应是金属-空气电池和阴离子交换膜燃料电池的重要电化学过程。但是,其动力学缓慢,因而引起了对高效电催化剂的广泛研究。其中,非贵金属催化剂可有效地规避铂基催化剂成本和储量的问题,而备受关注。但其挑战在于将性能提高到可与Pt基催化材料媲美。鉴于非贵金属催化剂的组成和结构对催化性能有着至关重要的影响,精准地调控催化剂的结构有望消除非贵金属催化剂和商业铂基催化剂的活性差距。在该评述中,我们致力于总结通过结构调控来提升性能的研究进展。我们首先介绍了四种极具代表性的非贵金属催化剂,包括非金属碳基材料、金属化合物、石墨化碳层包覆金属颗粒、原子分散的金属-氮-碳材料,突出了催化活性位点和催化机理。随后,针对于这些催化剂,我们归纳了从微纳尺度到原子层面的结构调控策略,如分级多孔结构的设计、界面工程、缺陷工程以及原子对活性位点的构建。我们着重讨论了结构和性能之间的依赖关系。从加速传质、增加可及的活性位点数量、可调控的电子状态和多组分之间的协同效应,讨论了这些结构变化引起的活性改进的起源。最后,我们对该领域存在的挑战以及未来的前景进行了展望。

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    25. 电羧化:一种固定CO 2制备有机羧酸的有效途径
    王 欢,陆嘉星
    电化学(中英文)    2017, 23 (3): 250-261.   DOI: 10.13208/j.electrochem.161041
    摘要2205)      PDF(pc) (7297KB)(4507)    收藏

    温室气体CO2的绿色高效转化利用是当前的研究热点. 其中,有机物的电化学羧化反应是CO2利用的有效途径. 温和条件(常温常压)下,有机底物电还原生成的碳负离子可以捕获体系中的CO2,进而合成具有高附加值的有机羧酸类化合物. 本文重点介绍了本课题组在电羧化反应方面的研究进展,包括各类电活性基团物质的电羧化反应以及不对称电羧化反应.

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    26. 中温固体氧化物燃料电池优势和挑战的简要评述
    蒋三平
    电化学(中英文)    2012, 18 (6): 479-495.   DOI: 10.61558/2993-074X.2617
    摘要4239)      PDF(pc) (5914KB)(4305)    收藏
    燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化为电能的电化学发电装置. 在各种类型的燃料电池中,固体氧化物燃料电池(SOFC)在600~800 oC的中温区运行,因此与质子交换膜燃料电池等低温燃料电池相比,它的燃料选择范围更广,具有更广泛的应用前景. 然而,SOFC的商业应用面临着两大挑战:成本和稳定性. 这两种挑战与阳极、阴极、电解质、连接体和密封材料等组件的加工、制备、性能、化学和微结构稳定性密切相关. 电池堆的导管连接材料也需要经过仔细地筛选,以最大限度地降低有毒害的挥发性成分,从而确保电池结构的稳定和完整. 本文旨在简要评述SOFC的材料和组分的研究现状,并提出展望. 本文也对新一代SOFC技术面临的机遇和挑战进行了探讨.
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    27. 锌-空气电池双功能催化剂研究进展
    徐能能, 乔锦丽
    电化学(中英文)    2020, 26 (4): 531-562.   DOI: 10.13208/j.electrochem.200524
    摘要2581)   HTML17058)    PDF(pc) (5753KB)(4151)    收藏

    锌-空气电池因其拥有理想的能量密度和功率密度,并有望在能源转化与储存领域的广泛应用,引起国内外研究者的高度关注. 其中,空气电极作为氧催化反应的核心区域,更是整个锌-空气电池研究的重点. 近年来,非贵金属双功能催化剂及其电极以其高活性、低成本以及种类丰富等特点取得了较多的研究成果. 本文综述了非贵金属氧化物催化剂、碳基催化剂、碳载过渡金属化合物复合材料以及自支撑电极在锌-空气电池中的反应机制和研究进展,提出了高效双功能催化剂的构建策略,并对双功能催化剂/电极的发展趋势进行了展望.

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    28. 熔盐电化学的新进展
    杨绮琴,段淑贞
    电化学(中英文)    2001, 7 (1): 10-17.  
    摘要3000)      PDF(pc) (133KB)(4106)    收藏
    本文主要介绍熔盐体系、熔盐电池、熔盐电沉积金属以及合金、电合成化合物材料等方面的新进展 ,预期熔盐电化学在能源、环境保护和资源利用等领域中的应用 .
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    29. 高结晶度硼酸镍纳米棒的制备及其电催化析氧性能研究
    徐希,刘娟,吴华宗,江文杰
    电化学(中英文)    2018, 24 (4): 319-323.   DOI: 10.13208/j.electrochem.171115
    摘要1605)      PDF(pc) (55478KB)(4054)    收藏
    氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源. 电解水制氢具有诸多优点,如原料来源广泛、操作简便、产品纯度高、无污染,已成为最具有应用前景的方法之一,但其阳极氧析出反应动力学缓慢,严重制约电解水制氢的效率. 因此,发展氧析出电催化剂尤为重要. 本文利用高温煅烧法制备了硼酸镍纳米棒,长度约为2 μm,直径约为200 nm. 与文献报道的低结晶度或无定型硼酸盐析氧催化剂不同,硼酸镍纳米棒的结晶度较高,并且具有较好的OER催化活性和稳定性. 其催化活性可以通过与其他导电材料复合或进一步减小其尺寸等方式提升.
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    30. 平衡、非平衡、交流状态下电化学双电层建模的初学者指南
    张露露, 李琛坤, 黄俊
    电化学(中英文)    2022, 28 (2): 2108471-.   DOI: 10.13208/j.electrochem.210847
    摘要3063)   HTML11872)    PDF(pc) (2138KB)(3965)    收藏

    本文定位在一篇电化学双电层(EDL)理论建模方面入门级文章。我们首先简要介绍了EDL的基本特征,简述了EDL理论建模的发展历史,特别是D.C. Grahame之后近几十年的发展历史。然后,我们依次介绍了平衡状态和动态下不同复杂度的EDL模型。作为一篇入门级文章,我们尽可能详细地阐释理论模型的物理图像、假设、数学推导、形式分析、数值分析,并附上Matlab仿真代码。平衡状态下的模型包括Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型,Bikerman-Poisson-Boltzmann(BPB)模型,和非对称离子尺寸模型。我们强调GCS模型和BPB模型在处理离子有限尺寸上存在一个微妙的不同。GCS模型通过人为引入Helmholtz平面来考虑离子有限尺寸,但在Helmholtz平面内及弥散层内却依然采用没有考虑离子尺寸效应的Poisson-Boltzmann理论,因而此处的离子浓度可以无限大。与之不同,BPB模型通过格子气体方法,能够自洽描述离子有限尺寸效应。不同以往直接采用Poisson-Nernst-Planck方程描述EDL动态行为,我们从EDL的巨势出发,运用基本的泛函分析方法,推导了一个考虑离子有限尺寸的EDL动态模型。这一理论方法拓展性好。读者可以根据研究对象的需要,建立不同复杂度的EDL动态模型。最后,我们基于EDL动态模型,推导了EDL的电化学阻抗谱理论模型,以试图向读者展示如何从一个时域物理模型出发,推导相应的阻抗谱物理模型。读者若想要踏进理论电化学这个美丽的花园,根据我们自己学习和研究的经验,一个可行的方式是拿起纸和笔来开始推导本文所介绍的这些模型。

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