电化学（中英文）

第27卷第3期封面和目次

2021, 27(3): 0.

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电化学测量中的欧姆电压降补偿问题

陈佳琦, 叶旭旭, 廖玲文, 韦臻, 许绵乐, 陈艳霞

2021, 27(3): 291-300. doi:10.13208/j.electrochem.201257

摘要 ( 3148 )

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对工作电极与参比电极之间的溶液电阻(R_u)进行准确的欧姆电压降补偿是获取可靠的电化学实验结果的前提,但测量中该如何进行补偿尚未建立规范的操作流程。本文首先探究了工作电极与Luggin毛细管末端距离对R_u的影响。随后对比了Autolab PGSTAT 302N、CHI系列恒电位仪的交流阻抗法与CHI系列恒电位仪所测得R_u的差别。并且以铂电极上的氢析出反应为例,探究了灵敏度、补偿百分比以及仪器等因素对补偿后HER极化曲线带来的影响。深入讨论了产生这些偏差的原因,最后给出了规避和减轻此类问题以实现准确有效的欧姆电压降补偿的建议。

扬帆启航：电化学实验初步

韩联欢, 何权烽, 詹东平

2021, 27(3): 311-315. doi:10.13208/j.electrochem.201254

摘要 ( 2321 )

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电化学是研究电能和化学能相互转化的规律的科学。电能和化学能之间的相互转换,是通过电极/电解质溶液表界面的结构变化和电荷转移反应来实现的。以电化学能源器件为例,前者为超级电容器,能量存储和释放主要通过界面双电层的表界面结构变化来实现;后者为化学电源,能量存储和释放主要通过电极活性物质的表界面化学反应来实现。所以,研究一个电化学体系时,主要关注两个问题,即表界面结构和表界面电荷转移反应。而表界面结构直接影响表界面电荷转移反应的性质,因此,从电化学实验的角度,表界面的构筑是至关重要的,包括电极的制备和表征、电极修饰材料的制备及组装、溶剂和支持电解质的选择和优化、电化学实验环境等等。本文旨在向广大电化学初学者讲述电化学实验的准备工作以及对实验现场数据的基本判断,帮助大家在实验中及时发现问题,及早采取措施,高效率地获取可信的实验数据。

铂和钯上丙三醇电氧化研究进展：从反应机理到催化材料

张伟艺, 马宪印, 邹受忠, 蔡文斌

2021, 27(3): 233-256. doi:10.13208/j.electrochem.201252

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生物柴油工业的蓬勃发展带来大量副产品丙三醇(甘油),因此如何将甘油转化为高附加值产品具有重要的研究价值。在各种方法中, 电催化氧化由于其条件温和、环境友好和高效率而备受关注。然而,甘油的电氧化非常复杂,涉及许多反应途径和多个电子和质子转移过程,如何合理设计对目标产物具有高选择性的催化剂是很大的挑战。在本文中, 我们主要概述了铂和钯基催化剂上甘油电氧化研究的最新进展。我们首先总结了基于原位和在线谱学研究以及理论计算获得的影响其电催化活性和选择性的因素。然后,选择代表性文献来说明这些因素如何应用于研制高效甘油电氧化催化剂。最后,提出了未来研究中要解决的关键问题。

印制电路中电镀铜技术研究及应用

王翀, 彭川, 向静, 陈苑明, 何为, 苏新虹, 罗毓瑶

2021, 27(3): 257-268. doi:10.13208/j.electrochem.201255

摘要 ( 1933 )

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电镀铜技术是制造印制电路板、封装载板等电子互连器件的核心技术。本文介绍了印制电路中电镀铜技术及其发展概况,主要总结了电子科技大学印制电路与印制电子团队在印制电路电镀铜技术基础研究和产业化应用等方面的工作。首先,以三次电流分布理论为基础,采用多物理场耦合方法构建阴极表面轮廓线随时间变化的镀层生长过程模型。该模型描述了铜沉积与微纳孔结构、添加剂特性、输入电流、对流强度等相关影响因素的函数关系。通过引入添加剂相关函数,该模型能够较好应用到整平剂筛选和性能评价、电镀铜需求和镀液配方匹配、电镀参数优化等技术开发和应用领域。然后,介绍了添加剂竞争吸附过程的电化学研究以及利用传质调控添加剂局域浓度实现快速微盲孔、微沟槽填充的工业技术。之后,介绍了氮杂环低聚物系列整平剂结构-电化学构效关系研究和应用。最后展示了氧化还原型添加剂的开发情况,并对印制电路中电镀铜技术的研究和应用发展进行了预测。

固态电解质中锂离子传输机理研究进展

张丙凯, 杨卢奕, 李舜宁, 潘锋

2021, 27(3): 269-277. doi:10.13208/j.electrochem.201244

摘要 ( 2413 )

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固态电解质在室温下表现出非凡的离子导电性,使其有潜力应用于全固态锂离子电池。开发新的高性能固态电解质需要对锂离子传输机理及其规律进行深入研究。本文论述了近期研究中锂离子传输机理方面的研究进展,包括离子传输理论基础的概述;总结Li₁₀GeP₂S₁₂、Li₇La₃Zr₂O₁₂和Li₁₊_xAl_xTi_2-_x(PO₄)₃固态电解质材料中晶体结构、离子传输和研究进展;阐述锂离子传输中结构特征、传输机理（单离子跳跃传输和多离子协同传输）以及构效关系;总结（反）Meyer-Neldel规则的关键问题和相关电解质材料。最后,展望了给出电解质材料的设计策略和未来机理研究的重点,为无机固态电解质材料的探索提供新的思路和方向。

高密度互连印制电路板孔金属化研究和进展

王赵云, 金磊, 杨家强, 李威青, 詹东平, 杨防祖, 孙世刚

2021, 27(3): 316-331. doi:10.13208/j.electrochem.201119

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孔金属化互连是印制电路板（PCB）高密度集成的核心制程之一,化学镀铜和电子电镀铜是实现孔金属化的关键技术。本文介绍HDI-PCB的概念和制作流程;综述化学镀铜和电子电镀铜孔金属化互连的研究和进展,包括溶液组成和操作条件的影响,添加剂及其相互作用机理,以及盲孔填充和通孔孔壁加厚机制;展望高密度互连印制电路板电子电镀基础研究及新技术发展方向。

纳米晶枝CuAu 合金催化剂对二氧化碳电催化还原性能的研究

Dylan Siltamaki, 陈帅, Farnood Pakravan, Jacek Lipkowski, 陈爱成

2021, 27(3): 278-290. doi:10.13208/j.electrochem.201253

摘要 ( 1389 )

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利用可再生清洁能源将CO₂转化为CO和其他小分子是合成含碳燃料的可观方法之一。间歇性可再生能源存储的重要策略之一是将二氧化碳进行电化学还原。选择具有高活性和稳定性的电催化剂对于电化学还原CO₂至关重要。在这项研究中,我们使用简单的电沉积方法合成了具有纳米晶枝状结构的CuAu合金电极。各项表征显示原子比约为1:1的CuAu纳米枝晶对CO₂的电化学还原具有出色的催化活性。合成的主要产物是H₂和CO,这是合成气体是合成天然气,氨和甲醇合成的中间体。电化学阻抗谱（EIS）测量表明,相对于Cu和Au电沉积催化剂,CuAu纳米晶枝状催化剂具有相对低的电荷转移阻力。CuAu纳米枝晶催化剂是一种具有潜在的转化CO₂为合成气体的高活性电催化剂。

Co_1-_xS-MnS@CNTs/CNFs的制备及其氧还原电催化性能

刘芳艳, 张倩, 李玥琨, 黄丰, 王梦晔

2021, 27(3): 301-310. doi:10.13208/j.electrochem.201256

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氧还原反应是燃料电池中重要的阴极反应,但由于动力学迟缓等问题导致其效率低。碳基材料具有导电性高、稳定性好、比表面积大等优点,常被应用于电催化氧还原反应。然而其在电催化氧还原反应中效率较低,对碳基材料进行Co、Mn掺杂有望提高其氧还原效率。本文采用静电纺丝技术制备出含有Co,Mn双金属的碳纳米纤维,经热解和硫化后碳纳米纤维上形成许多包裹Co_1-_xS和MnS纳米颗粒的碳纳米管（记为Co_1-_xS-MnS@CNTs/CNFs）,垂直生长在碳纳米纤维表面。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱对Co_1-_xS-MnS@CNTs/CNFs的形貌、结构和组成进行表征,发现仅在Co_1-_xS和MnS同时存在的情况下碳纳米纤维表面才能生长碳纳米管。小颗粒的MnS为碳纳米管的生成提供成核位点,大颗粒的Co_1-_xS促进碳纳米管生长,最终形成Co_1-_xS-MnS@CNTs/CNFs。碳纳米管的形成不仅在金属颗粒表面形成一道屏障,防止其聚集、溶解,而且提高了碳纳米纤维的导电性,使其电催化性能及稳定性得到很大提升。电催化测试证明,Co_1-_xS-MnS@CNTs/CNFs相较于不含金属的碳纳米纤维（CNFs）及含单金属的硫化锰碳纳米纤维（MnS/CNFs）或硫化钴碳纳米纤维（Co_1-_xS/CNFs）具有更优异的电催化氧还原（ORR）性能,且在氧还原反应过程中表现出高效的四电子转移。其甲醇耐受性及长期稳定性显著优于商业Pt/C电催化剂。

基于硅基硼掺金刚石电极的电化学-原位核磁共振波谱电解池的设计、制备与可行性研究

彭浩, 孙惠军, 周志有, 申琳璠, 黄龙, 曹烁晖, 孙世刚

2021, 27(3): 332-338. doi:10.13208/j.electrochem.200722

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电化学与核磁共振波谱联用技术（EC-NMR）可以实时监测电化学反应过程,从分子水平阐释反应机理,是一种非常有前景的无损在线检测技术。本文首次报道以硅基硼掺金刚石（Si/BDD）作为工作电极的原位EC-NMR三电极单室电解池的设计和制作。研究表明,由于尺寸12.5 mm × 1.2 mm × 0.5 mm的Si/BDD电极在核磁检测区的体积较小且电极材料厚度较薄,因此该电极对射频场的阻碍较小,对磁场均匀性破坏也相应较小。运用自制的EC-NMR电解池并以经典的对苯二酚（QH ₂）电氧化生成对苯二醌（Q）作为模型体系,原位研究了该电化学反应的整个动态过程。在1.2 V恒电位下电解0.1 mol·L^-1 QH₂ 64分钟,监测到位于6.83 ppm处的Q特征峰逐渐生成,反应过程中核磁谱峰未发生裂分或明显的展宽。结果表明,应用本文所设计并制备的原位EC-NMR电解池,可有效对电化学反应物和产物进行定性、定量分析,将可在后续的电化学原位核磁波谱研究中发挥重要作用。

ANiN(A = Li, Na, Mg, Ca)的结构、热力学、弹性和电子性质的第一性原理研究

黄夏敏, 张丽红, 吴顺情, 杨勇, 朱梓忠

2021, 27(3): 339-350. doi:10.13208/j.electrochem.210302

摘要 ( 577 )

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三元过渡金属氮化物ANiN (A = Li, Na, Mg, Ca)是潜在的可充放电池的电极材料。物理性质,比如热稳定性、电子能隙以及弹性稳定性等,对于这些材料的电池应用都是非常重要的。本文使用第一原理方法,对比研究了ANiN这些材料的结构、动力学、弹性和电子结构性质。对状态方程和声子谱的计算被用来确定体系的稳定结构。对最稳定结构的弹性常数的计算表明,这些稳定结构都满足 Born-Huang的稳定性判据,意味着它们的弹性稳定性。对体系电子结构的计算表明,LiNiN和CaNiN是半金属（half-metals）,MgNiN是磁性材料,而NaNiN是通常的金属。这些材料的磁学性质都通过Stoner理论进行了解释。最后,电荷密度的计算被用来很好地说明了这些材料中的Ni-N成键的特征,表明成键特点主要是离子性的,但明显地混合了共价性。

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詹东平

2021, 27(3): 351-353.

摘要 ( 418 )

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