电化学（中英文）

第27卷第2期封面和目次

2021, 27(2): 0.

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《电化学》期刊庆祝厦门大学建校暨化学学科100周年专辑序言

2021, 27(2): 123-124. doi:10.13208/j.electrochem.201240

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钯基氧还原和乙醇氧化反应电催化剂:关于结构和机理研究的一些近期见解

吴志鹏, 钟传建

2021, 27(2): 144-156. doi:10.13208/j.electrochem.201241

摘要 ( 1227 )

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质子交换膜燃料电池和直接乙醇燃料电池已成为可持续性清洁能源研究的一个聚焦点。在燃料电池中,氧还原反应和乙醇氧化反应是两个重要的反应,其相关高活性、高稳定性并且廉价的催化剂的研发仍然存在很多问题,极大地制约了燃料电池的大规模商业化应用。其中的挑战主要来自于对纳米催化剂结构和反应机理的有限认识。由于实验表征理论计算的结合,对钯基合金纳米材料电催化剂的研究得到了很大的进展。本文从实验和理论计算两个方面出发,重点讨论了应用于氧还原反应和乙醇氧化反应的钯和钯基电催化剂的结构和反应机理方面的近期研究的一些见解。这些见解对未来催化剂的设计与优化有一定的启发意义。

原子数精确的金属纳米团簇在电催化领域的应用研究进展

庄志华, 陈卫

2021, 27(2): 125-143. doi:10.13208/j.electrochem.201246

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金属纳米团簇（M NCs）是由几个到数百个金属原子组成,其尺寸一般小于2 nm。金属纳米团簇在许多催化反应中表现出高的催化活性和选择性,这与金属纳米团簇具有高的比表面积、较多暴露的活性原子,以及与金属纳米粒子（M NPs）不同的电子结构有关。金属纳米团簇确定的组成和结构使其成为一种新型模型催化剂,对纳米团簇的催化性能研究有利于人们深入理解催化剂结构-性质之间的关系,更利于催化剂的理性设计与发展。结合近几年国内外和本课题组在金属纳米团簇电催化领域的研究进展和现状,本文对该领域的代表性工作进行了简要综述,并对其未来在电催化领域的应用前景和需要解决的关键问题进行了展望。

双极纳米电极阵列实现单个铂纳米颗粒上氢气析出反应的电致化学发光成像

秦祥, 李仲秋, 潘建斌, 李剑, 王康, 夏兴华

2021, 27(2): 157-167. doi:10.13208/j.electrochem.201251

摘要 ( 995 )

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本文制备了嵌于多孔阳极氧化铝（AAO）膜中直径为200 nm,间距为450 nm的高密度（5.7 × 10⁸ cm^-2）的金纳米电极阵列,纳米电极分布规则,尺寸高度均一。我们将该金纳米电极阵列作为双极电极阵列,可将电极一侧的电化学法拉第信号在另一侧电极上转化成电致化学发光（ECL）信号,从而实现对单个铂纳米颗粒上氢气析出反应（HER）进行亚微米空间分辨率的电化学成像。本文介绍的方法为高空间分辨率成像电催化材料、能源材料以及细胞过程的局部电化学活性提供了一个良好的平台。

鲁米诺/氨基磺酸电化学发光及其多巴胺检测应用

Tesfaye Hailemariam Barkae, Mohamed Ibrahim Halawa, Tadesse Haile Fereja, Shimeles Addisu Kitte, 马显贵, 陈业权, 徐国宝

2021, 27(2): 168-176. doi:10.13208/j.electrochem.201247

摘要 ( 1045 )

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在本文中,我们首次观察到氨基磺酸可以显著增强鲁米诺电化学发光,而且鲁米诺电化学发光的强度随着氨基磺酸浓度在0.1 μmol·L^-1至500 μmol·L^-1范围增加而线性增加。同时,我们观察到多巴胺可以显著猝灭鲁米诺-氨基磺酸电化学发光。基于该猝灭现象,我们建立了多巴胺的电化学发光分析方法,该方法的线性范围为0.5至20 μmol·L^-1,检出限为30 nmol·L^-1。该方法具有较好的选择性,尿酸、抗坏血酸、糖和一些氨基酸对电化学发光影响较小。采用标准加入法,成功地将鲁米诺-氨基磺酸体系用于尿液中多巴胺的电化学发光测定,回收率为103% ~ 105%。另外,我们还考察了多巴胺的猝灭机理,并用Stern-Volmer方程计算了的动态猝灭常数。

基于不同前驱体制备的硬碳负极材料的储锂性能

梁振浪, 杨耀, 李豪, 刘丽英, 施志聪

2021, 27(2): 177-184. doi:10.13208/j.electrochem.201242

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以聚丙烯腈、石油沥青和花生壳为前驱体,在1200℃下碳化制备三种不同的硬碳材料。通过扫描电子显微、X射线衍射、氮气吸附/脱附测试和拉曼光谱等方法探究不同前驱体所制备的硬碳材料的表面形貌和物相结构。通过恒流充放电测试考察了这三种硬碳负极材料的电化学性能。结果表明,花生壳基硬碳的初始放电比容量最高,但首圈库仑效率最低,石油沥青基硬碳的首圈库仑效率最高但是比容量最低,聚丙烯腈基硬碳具有较高的循环比容量和稳定性。

酸性和碱性溶液中金属氮碳材料氧还原和氢析出反应的理论研究

秦雪苹, 朱尚乾, 张露露, 孙书会, 邵敏华

2021, 27(2): 185-194. doi:10.13208/j.electrochem.201248

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单原子催化剂（SAC）由于其低成本和在各种电催化反应中潜在的高催化活性而被认为是铂族金属的有前景的替代材料,但仍然缺乏对不同金属氮碳材料催化剂之间活性差异的原子机理的理解。在此,通过实验和理论研究相结合,研究了非贵金属氮碳材料（Me-N-C,Me = Fe和Co）作为模型催化剂,以探索在普遍的pH值下氧还原反应（ORR）和氢析出反应（HER）的催化活性以及相对应的反应机理。原子理论模拟表明,Fe-N-C具有比Co-N-C高的ORR活性,这是因为其速率决定步骤的反应势垒较低,而HER的活性趋势却相反。我们的模拟结果与实验观察结果一致。

电化学门控调节具有平行路径的单分子电路中电子传输

苏俊青, 周一帆, 童凌, 王亚浩, 郑菊芳, 陈竞哲, 周小顺

2021, 27(2): 195-201. doi:10.13208/j.electrochem.201243

摘要 ( 989 )

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电化学门控已成为一种可行且高效调节单分子电导的方法。在本研究中,我们证实了具有两个平行苯环的单分子电路中电子传输可以通过电化学门控控制。首先,我们利用STM-BJ技术以金为电极构筑了具有两条平行路径的单分子结。与单条路径的单分子结相比,两条路径的分子结由于具有增强性量子干涉效应,具有2.82倍的电导值。进一步地,我们利用电化学门控对具有两个平行苯环的单分结的电导进行调控,获得了333%·V^-1调节比。结合DFT计算,发现在E=E_F附近的V形透射系数谱图导致了实验观测的电导门控行为。本研究揭示了具有平行路径的单分子电路的电化学门控行为,并为设计高性能分子器件的分子材料提供了新的途径。

“Water-in-salt”聚合物电解质制备及其电化学性能研究

侯旭, 何欣, 李劼

2021, 27(2): 202-207. doi:10.13208/j.electrochem.201250

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为提高柔性锂离子电池安全性和循环稳定性能,本实验以自由基聚合结合冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜为电解质载体,引入21 mol·kg^-1 LiTFSI 高浓度电解液,得到“water-in-salt”聚合物电解质。通过聚合物膜的形貌和孔道结构表征,红外光谱分析,离子电导率及电化学稳定窗口测试等对其基本物化特性进行了研究。冷冻干燥得到的聚丙烯酰胺膜内部具有大量微孔结构,有利于电解液的载入。将该吸附了电解液的聚合物电解质膜与锰酸锂(LiMn₂O₄)正极和磷酸钛锂(LiTi₂(PO₄)₃)负极组装全电池进行充放电性能测试。结果表明,制得的柔性聚合物电解质具有良好的拉伸性能,高离子电导率(20°C,4.34 mS·cm^-1)和宽电化学稳定窗口(3.12 V)。以“water-in-salt”聚合物电解质为隔膜组装的LiMn₂O₄||LiTi₂(PO₄)₃ 全电池表现出优异的倍率性能和长循环稳定性。

应用镍超微电极的电化学表面增强拉曼光谱技术研究

吴丽文, 王玮, 黄逸凡

2021, 27(2): 208-215. doi:10.13208/j.electrochem.201245

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镍（Ni）电极在电化学中应用广泛。原位表征Ni电极表面的吸附物种有益于帮助理解电极反应历程、指导发展高效电催化剂。应用超微电极作为工作电极的电化学表面增强拉曼光谱技术结合了超微电极表面的传质特性和分子水平的高灵敏度表征,是研究Ni电化学的有力手段。本文所述的研究工作通过在金（Au）超微电极表面电吸附具有SERS活性的Au纳米粒子并恒电流沉积金属Ni薄层,制备并表征了具有SERS活性的Ni超微电极。在氢氧化钠溶液中的循环伏安实验和以4-甲基苯硫酚分子作为探针分子的SERS实验结果表明,沉积速率和沉积电量是影响超微电极表面Ni的覆盖度和SERS活性的关键因素。在吸附了直径为55 nm Au纳米粒子的、直径为10 μm Au的超微电极表面,以100 μA·cm^-2电流密度电沉积厚度约为5个原子层Ni的条件下,可获得Ni覆盖完好的、具有最强SERS活性的Ni超微电极。

CsPbIBr₂钙钛矿太阳能电池中通过氧气诱导Spiro-OMeTAD快速氧化

王伟国, 白天, 薛高飞, 叶美丹

2021, 27(2): 216-226. doi:10.13208/j.electrochem.201249

摘要 ( 1284 )

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Spiro-OMeTAD是钙钛矿型太阳能电池中应用最广泛的空穴传输材料,它本身的空穴传输率很低,需要氧化之后才能满足高效率太阳能电池器件的要求。然而,Spiro-OMeTAD在空气中的氧化时间较长,同时空气中的水分会造成器件效率的下降以及器件质量不稳定等不良后果。基于此,我们通过一步法制备CsPbIBr₂无机钙钛矿太阳能电池,并将旋涂了Spiro-OMeTAD层的器件放在纯氧气中氧化,避免因水分导致的钙钛矿层分解。实验结果表明,氧气氧化后的器件最高效率为7.19%,高于空气中氧化的器件达到的最高效率6.29%,并且氧气氧化可以将Spiro-OMeTAD的氧化时间从18小时缩短到5小时。我们采用一系列电化学表征方法探讨了不同氧化条件下电池器件的性能差异.结果显示,纯氧气氧化Spiro-OMeTAD可以有效减低载流子复合,提高电荷传输。此外,我们采集了多个样本统计分析,发现采用氧气氧化的器件平均效率更高,器件质量更稳定,具有更好的可重复性。这种快速稳定的氧化方法为钙钛矿型太阳能电池的商业化开发提供了有效的思路。

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詹东平

2021, 27(2): 227-229.

摘要 ( 298 )

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