电化学（中英文）

第27卷第1期封面和目次

2021, 27(1): 0.

摘要 ( 427 )

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相关文章 | 计量指标

有机电极材料过渡态的研究进展

掌学谦, 卢周广, 黄苇苇

2021, 27(1): 1-13. doi:10.13208/j.electrochem.201012

摘要 ( 1115 )

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有机电极材料具有理论比容量大、结构可设计性强、加工使用过程环境友好等优点被广泛应用于二次电池的研究中。有机电极材料在氧化还原过程会产生具有不成对电子的自由基中间体,自由基中间体的稳定程度影响电极材料的电化学性能。通过改变材料的结构可以调控自由基中间体的稳定性,从而优化有机电极材料的电化学性能。本文对有机电极材料在电化学过程中产生的自由基中间体进行了分类介绍,阐明了材料结构、自由基中间体稳定性和电化学性能之间的关系。

3D NAND制程中选择性刻蚀工艺的SiO₂回沾问题研究进展

周紫晗, 吴蕴雯, 李明, 王溯

2021, 27(1): 26-34. doi:10.13208/j.electrochem.200610

摘要 ( 899 )

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作为半导体市场中主要存储芯片之一,NAND已从2D发展到3D。3D NAND的立体存储结构提高了芯片容量、性能和可靠性。在3D NAND的交替堆栈结构中,需通过氮化-物氧化物的选择性刻蚀获得层间介质层,堆栈层数越多,芯片性能越好,但高层堆栈的刻蚀均匀性也更难保持,此时易出现SiO₂在氧化层端头再沉积的回沾现象,层间结构被破坏,影响器件性能。要达到更高层数必须减少回沾,探究该过程及其影响因素成为关键所在。本文综述了3D NAND制程中氮化硅选择性刻蚀工艺的发展现状和现有研究成果,强调了控制硅含量对防止回沾的重要性,介绍了相关理论模型,提供模拟预测。为深入分析其中的化学反应,本文对相关的SiO₂溶液化学进行了概述,总结了聚硅酸形成的影响因素,强调胶凝曲线能反应其聚合行为,据此可研究怎样通过影响硅酸聚合行为或聚硅酸在氧化层表面的沉积行为来防止回沾,以对未来研究起到理论指导作用.

钛基氧化铱电极电沉积制备技术研究进展

吴丹丹, 吴旭

2021, 27(1): 35-44. doi:10.13208/j.electrochem.200802

摘要 ( 1369 )

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钛基氧化铱电极作为DSA(dimension stable anode)中的典型电极,广泛应用于各个领域。目前工业生产的钛基氧化铱电极主要由传统热分解法制备,存在成本高昂,工艺繁琐,依赖人工劳动,无法大规模生产等问题,十分有必要探索开发新的制备技术。本文从沉积液配方、基底材料的选择及处理、电沉积方式以及沉积时间等方面系统地讨论了氧化铱电沉积制备技术的研究进展,包括作者课题组所作的一些工作及成果;分析了钛基氧化铱电极电沉积制备技术目前所面临的挑战,并给出一定建议;阐述了其应用前景,展望了其未来发展方向,希望更多的科研人员能投入到相关研究中。

光电流谱、光致发光光谱和紫外可见吸收光谱在纳米半导体光电器件研究中的联用

卞斯达, 周剑章, 林仲华

2021, 27(1): 45-55. doi:10.13208/j.electrochem.200728

摘要 ( 1420 )

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在纳米半导体中由于纳米效应(如量子尺寸效应),其电子结构与块体半导体有所不同。进一步地,当纳米半导体与基底和其他组分结合制成器件后,其性质又受到基底或其他组分的影响,这两点导致了基于纳米半导体的光电器件的性能以及相应表征方法也大不相同。将光电流谱、光致发光光谱和紫外可见吸收光谱三种技术有机地结合起来,可以更好地表征纳米半导体的电子性质和光电性能。本文根据纳米半导体材料与电极的电子性质特点及其测量,结合本课题组前期工作,举例介绍三种谱学方法相结合应用于探究光伏电池和电致发光器件的纳米半导体材料的性能,以及纳米半导体材料表面态的表征。

BC/CoNi₂S₄@PPy柔性复合电极材料的制备及电化学性能

彭思源, 杨实润, 周静红, 隋志军, 章涛, 石易, 周兴贵

2021, 27(1): 14-25. doi:10.13208/j.electrochem.200630

摘要 ( 1130 )

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本文采用溶剂热、原位聚合和真空抽滤相结合的方法制备了用于超级电容器的细菌纤维素/镍钴硫化物/聚吡咯(BC/CoNi₂S₄@PPy)柔性电极材料,通过X射线衍射、场发射扫描电镜、红外光谱、氮气吸脱附、拉伸强度和接触角表征了材料的形貌结构、组成、机械性能和亲水性,并采用循环伏安法和恒电流充放电测试了复合材料的电化学性能。结果表明,表面含氧官能团丰富的BC纤维网络结构对氧化还原活性物质CoNi₂S₄的生长和导电聚合物PPy的分布具有引导作用,CoNi₂S₄均匀分布在BC网络中,且PPy均匀包覆在BC纤维和CoNi₂S₄纳米球表面构成具有丰富孔隙结构的三维导电网络,使得该复合材料具有较好的机械性(抗拉强度达28.0±0.1 MPa)、亲水性(对6 mol·L^-1 KOH的瞬间接触角为43.6°)及良好的导电性。该电极材料在1 A·g^-1下比电容高达2670 F·g^-1,充放电循环10000次后比电容的保持率为82.73%,且经1000次反复弯曲后电化学性能保持不变。此外,将其与活性炭组成的非对称超级电容器,在1 A·g^-1下比电容为1428 F·g^-1,最高能量密度和功率密度分别达49.8 Wh·kg^-1和741.8 W·kg^-1。

Na₃V₂(PO₄)₂O₂F的合成及其在钠离子电池中的应用

吴凯

2021, 27(1): 56-62. doi:10.13208/j.electrochem.191230

摘要 ( 1212 )

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目前,合成Na₃V₂(PO₄)₂O₂F(NVPF)材料的方法包括高温固相法、水热法、溶剂热法等,这些方法均不利于该材料的大规模工业化生产。本文开发了温和的低温共沉淀法合成NVPF材料,该材料首次放电容量为105.6 mAh·g^-1,首次效率为90.16%。经过简单的热处理过程,可以有效去除由于液相合成带来的结晶水以及吸附在材料表面的羟基,同时还可以提高材料的结晶度,使得材料的首次放电容量提高到124.3 mAh·g^-1,首次效率提高到96.06%。以热处理后的NVPF材料为正极,商业化硬碳为负极组装的全电池表现出了优异的循环性能和倍率性能,1C下循环1200次后容量保持率仍有94.6%,4C倍率下的放电容量仍有基准倍率(0.33 C)的86%。该方法有助于NVPF材料的大规模工业化生产。

PdCoIr四面体合金纳米催化剂的制备及其对乙醇氧化的电催化性能

余志远, 黄蕊, 刘杰, 李广, 宋前通, 孙世刚

2021, 27(1): 63-75. doi:10.13208/j.electrochem.200515

摘要 ( 1066 )

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钯(Pd)基催化剂是直接乙醇燃料电池研究中广泛使用的催化剂,进一步提升其性能是推动燃料电池发展的重要方向。本文用一步水热法制备出四面体结构PdCo(PdCo tetrahedron,记为PdCo-TH)和少量铱(Ir)掺杂的PdCo四面体合金纳米粒子(记为PdCoIr-TH)。经TEM、ICP、XPS及CV等表征证实,PdCoIr-TH为三元合金纳米粒子,且掺杂的Ir元素倾向分布在催化剂表层。相比于商业Pd/C催化剂,PdCo-TH/C和PdCoIr-TH/C对乙醇电氧化的催化性能显著增强。研究结果表明,Pd₉Co₁Ir_0.1-TH/C在低电位(< -0.25 V)下具有最高的乙醇电氧化活性和稳定性。Ir掺杂不仅提高了催化剂抗CO毒化的能力还有利于乙醇起始氧化电位负移。同时,随着Ir含量的增加,所制备的纳米催化剂的乙醇电氧化C1产物选择性也随之升高。针对不同组成催化剂反应性的差异,本文认为Co与Ir位点上容易产生OH_ad物种,这将有利于活性Pd位点上乙醇电氧化中间反应物种的有效转化。除了以上的各位点间的协同效应,三元合金的形成,进一步调控了Pd的d带电子结构,从而促进了催化剂反应性的改变。

石榴石固体电解质Li₃BO₃界面改性研究

陈规伟, 龚正良

2021, 27(1): 76-82. doi:10.13208/j.electrochem.200516

摘要 ( 996 )

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石榴石固体电解质由于其高的离子电导率,对锂金属稳定等优点成为了下一代高性能锂电池的重要研究方向之一。但锂金属负极界面浸润性与锂枝晶问题限制了其应用。本文通过简单的液相沉积结合高温烧结的方法,在石榴石固体电解质片表面构建了一层稳定的硼酸三锂(Li₃BO₃)修饰层。研究表明,Li₃BO₃修饰层可以有效改善石榴石固体电解质与锂金属负极界面接触,促进锂的均匀沉积/溶出,从而抑制锂枝晶生长,提高界面稳定性。Li₃BO₃修饰后石榴石电解质片与锂金属之间紧密结合,Li/石榴石界面阻抗由修饰前的1780 Ω·cm²降低至58 Ω·cm²。得益于界面接触的改善,Li₃BO₃修饰后的LLZTO电解质组装的对称电池可以在0.1 m·cm^-2的电流密度下稳定工作超过700 h。而未修饰的对称电池在0.05 mA·cm^-2的电流密度下短时间工作即出现微短路现象。

白藜芦醇对长期贮存锂离子电池电解液性能的影响

张蕾, 张绪平, 张思维, 庄全超

2021, 27(1): 83-91. doi:10.13208/j.electrochem.200607

摘要 ( 1004 )

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锂离子电池电解液从制造完成到使用,一般都会经历灌装、运输和贮存的过程,了解长期贮存过程对锂离子电池电解液性能的影响,对锂离子电池的生产具有一定的理论指导意义。本文运用电化学阻抗谱(EIS)测试并结合循环伏安法(CV)测试、充放电测试、扫描电子显微镜(SEM)等研究了1 mol·L^-1 LiPF₆-EC:EMC基础电解液中添加不同浓度白藜芦醇(RES)时,在长期贮存过程中对石墨电极性能的影响及机制。研究结果表明,新鲜的基础电解液在经历6个月的贮存后,石墨电极在其中无论是可逆循环容量还是循环稳定性(容量保持率)均出现大幅度的下降。这主要是由于在经历6个月贮存后的基础电解液中,石墨电极表面形成的 SEI 膜较厚,进而导致锂离子嵌入过程的不稳定造成的。在基础电解液中添加不同浓度的白藜芦醇均能有效抑制电解液长期贮存造成的石墨电极在其中电化学性能的下降,当基础电解液中含有200 ppm白藜芦醇经历6个月贮存后,石墨电极无论是可逆容量还是循环性能稳定性甚至优异于在新鲜的电解液中。

紫罗碱衍生物分子结的电学性质理论研究

蔡转运, 刘佳, 关思远, 吴德印, 田中群

2021, 27(1): 92-99. doi:10.13208/j.electrochem.200621

摘要 ( 806 )

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本文基于密度泛函(DFT)结合非平衡格林函数(NEGF)的方法,以具有氧化还原中心的紫罗碱衍生物(N,N′-bis(4-thioalkyl)-4,4′-bipyridinium, HS-4V4-SH)功能分子构造Au(111)/S-4V4-S/Au(111)分子结,详细分析了分子在三种价态V、V⁺和V²⁺下的电学性质与分子的几何结构和电子结构的关系。基于对三种价态透射系数分析结果表明,在零偏压下,V与V⁺的电导值比V²⁺高了两个数量级,4V4分子结的电导随两个吡啶环之间夹角的增大呈线性减小。同时,理论计算结果也表明,增加烷基链(HS-nVn-SH, n = 2 ~ 7)的数目,发现分子结电导值呈指数形式衰减,其每个亚甲基的衰减因子约为1,与烷基二硫醇分子的接近。

金属钯插层类水滑石的制备及其电催化乙醇的性能研究

胡守训, 李亮, 杨俊豪, 李刘强, 靳志豪

2021, 27(1): 100-107. doi:10.13208/j.electrochem.200729

摘要 ( 734 )

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高性能的电催化剂对直接燃料电池的商业化应用有着至关重要的作用,目前的阳极材料还存在活性低、易中毒、成本高等问题。本研究以层状双氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)为载体通过浸渍法制备了新型纳米钯(Pd)催化剂,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电感耦合等离子体质谱仪、能谱仪、透射电子显微镜、循环伏安法测试、计时电流测试和电化学阻抗等方法对催化剂的结构和电催化性能进行了研究。结果表明,新制备的Pd/Mg-Al-LDHs仍然保持着LDHs的层状结构,循环伏安测试表明在碱性条件下,Pd/Mg-Al-LDHs比Pd/C有更好的电催化乙醇活性和抗中间产物中毒性能,且乙醇浓度、扫描速率和温度等因素对峰电流有着直接影响。计时电流测试表明在电催化乙醇的过程中Pd/Mg-Al-LDHs比Pd/C拥有更高的电催化活性和稳定性。电化学阻抗测试表明,Pd插层可显著改善Mg-Al-LDHs的导电性,并降低电催化过程中电荷转移阻力。

Li-SGO掺杂半互穿网络型多孔单离子传导聚合物复合电解质的制备

张运丰, 董佳明, 谭畅, 霍士康, 王佳颖, 何阳, 王雅莹

2021, 27(1): 108-117. doi:10.13208/j.electrochem.200409

摘要 ( 1069 )

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本文成功制备了磺酸锂功能化石墨烯,通过原位聚合方式成功将其添加到单离子传导聚合物电解质中制备出磺酸锂功能化石墨烯改性半互穿网络型多孔单离子传导聚合物复合电解质。与未掺杂磺酸锂功能化石墨烯半互穿网络型多孔单离子传导聚合物电解质相比,该电解质具有更高的孔隙率、吸液率、机械拉伸强度和离子电导率。电化学测试结果表明,掺杂磺酸锂功能化石墨烯后,单离子传导聚合物电解质表现出与电极界面更好的相容性,组装的Li|LiFePO₄锂离子电池表现出良好的循环性能和更高的倍率性能。对氧化石墨烯磺酸锂功能化可应用于对单离子传导聚合物电解质的改性,有助于提升单离子传导聚合物电解质的综合性能,获得更高的电池性能。

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