【摘 要】
：
作为能量转换装置,阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）是目前的热点研究对象,与质子交换膜燃料电池相比,碱性环境下AEMFCs能够使用非贵金属催化剂,对未来的商业化具有深远意义。其核心组件阴离子交换膜（AEMs）,对AEMFCs功率输出和稳定性至关重要。电导率、吸水以及溶胀是AEMs的重要特性,但是三者之间存在相互平衡制约的关系:离子是以水合离子的形式迁移,因此吸水有利于电导率的增加,但是过度吸水也
【基金项目】
：
国家研发计划（2021YFB4001200）； 国家自然科学基金（22078031,22090030）；
论文部分内容阅读
作为能量转换装置,阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）是目前的热点研究对象,与质子交换膜燃料电池相比,碱性环境下AEMFCs能够使用非贵金属催化剂,对未来的商业化具有深远意义。其核心组件阴离子交换膜（AEMs）,对AEMFCs功率输出和稳定性至关重要。电导率、吸水以及溶胀是AEMs的重要特性,但是三者之间存在相互平衡制约的关系:离子是以水合离子的形式迁移,因此吸水有利于电导率的增加,但是过度吸水也会引起AEMs的过度溶胀,导致AEMs机械性能的降低。离子传输水通道由大量水分子和离子交换基团相互作用形成,不仅可以提供离子传输通道,还可以增加膜内自由体积,促进吸水,提升AEMs离子电导率。本文通过在AEMs内设计有效的离子传输水通道,提高AEMs的电导率。主要工作如下:（1）提出了"水凝胶AEMs"的概念,并证实了其可以应用于燃料电池。利用多阳离子去交联PVA与醛类单体缩醛化后聚合物,制备了一系列基于PVA的水凝胶AEMs。因所制备得AEMs具有很强的吸水性（高达726 wt%）,大量的水分子在AEMs内聚集形成离子传输水通道,所制备的AEMs得OH-电导率在80°C下达到了150 m S cm-1,并具有较好的碱稳定性。此外,将所制备的水凝胶AEMs的应用于燃料电池,获得了715 m W cm-2的峰值功率密度。（2）通过超酸催化的Friedel-Crafts反应,成功合成了一系列自具微孔结构（PIM）的新型DPTSIM-BMP-x AEMs。PIM型AEMs拥有较高比表面积和微孔结构,水分子进入微孔后,与阳离子基团相互作用,形成有利于离子迁移的水通道。水通道不仅可以提供OH-的传输通道,而且微孔结构的存在会增加AEMs的自由体积,促进AEMs的吸水,利于OH-的溶剂化作用,提高膜内电导率。尽管所制备的这类膜在碱性稳定性上仍需进一步改善,但是该方法为制备PIM型AEMs提供了新思路。
其他文献
含氮杂环化合物大多是具有生物活性的天然产物、药物分子及功能性材料的骨架结构,以其独特的性质广泛应用于医药、农药、生命科学和材料科学等诸多领域。因此发展简单、高效的氮杂环化合物合成方法一直是有机合成领域研究的热点之一。锍盐作为一种重要的合成子,其参与的串联环化反应目前已被广泛用于多种环状化合物的合成,为快速构建结构复杂、多样的杂环化合物开辟了新的途径。本论文基于锍盐的性质,成功实现了两类含氮杂环的高
电解二氧化锰（EMD）作为催化、氧化和储能电池领域的重要原材料,具有较高的经济价值,而电解二氧化锰的纯度对于其经济价值起着决定作用。虽然我国是电解二氧化锰主要生产国,但却存在锰矿品位低、杂质多等问题,因此研究一种高效且经济的净化浸出液工序迫在眉睫。本文以广西某企业的软锰矿和硫铁矿为原材料,采用“两矿加酸”法浸出,研究了硫酸浓度对浸出液中硫酸锰浓度的影响、净化过程除铁和净化过程除重金属离子,得到的主
自然界中很多生物表面具有特殊的微观结构和润湿性能,使它们在恶劣的条件下从环境中捕获淡水,如沙漠甲壳虫、仙人掌、蜘蛛丝、猪笼草等。如何巧妙利用它们自身特有的结构和浸润性表面对于雾水收集和界面太阳能海水蒸发的材料构建至关重要。本文首先概述了仿生技术在淡水收集领域的发展现状,并在此基础上,详细介绍了Janus膜和MN-PSCs微针蒸发体的材料设计以及在它们在雾水收集和界面太阳能海水蒸发等领域的相关性能研
随着电动汽车和便携电子设备的快速发展,理论容量相对较低的石墨负极已经不能满足锂离子电池高能量密度的要求。因此寻找新型高比容量的负极材料至关重要。在新兴的负极材料中,硅负极材料以极高的理论容量（3580 m Ah/g）、丰富的自然储存、较低的脱锂电压平台（0.4 V）和低的成本而备受关注。然而,硅负极材料存在本征电导率差和充放电过程中体积膨胀严重、SEI膜持续再生、极片结构破坏等一系列问题,严重阻碍
丙炔醇是生产丙烯醛、丙烯醇和维生素A等重要医药产品的原材料,主要用于合成医药、农药、电镀行业的光亮剂、除锈剂、石油开采,也可用作溶剂、氯代烃类的稳定剂、杀菌剂、除草剂等。丙炔醇的热力学数据对于丙炔醇制备和分离提纯的设计、模拟和优化十分重要。尽管目前已有相关文献开展丙炔醇工艺改进的研究工作,但是对丙炔醇汽液相平衡数据的测定和研究少有报道。本文基于双循环汽液平衡作用原理以及研究物系对于实验条件的要求,
随着传统化石能源的日益枯竭,寻找一种低成本、无污染、可持续的新型能源成为当今世界的共同目标。直接甲醇燃料电池（DMFCs）因其高功率密度、高能量密度、低工作温度和燃料易储存等优点,有望在未来大规模代替化石能源。但其阳极催化剂存在成本高、催化活性低、抗中毒性弱和稳定性差等致命缺陷。使用能够提高甲醇催化氧化速率和增加对一氧化碳耐受性的催化剂是解决上述问题的有效途径。因此,本论文结合氧化石墨烯（GO）和
三元过渡金属氧化物由于尖晶石结构、多重氧化态和高理论比电容等特点,被广泛地作为超级电容器的高级电极,这对超级电容器的实际应用至关重要。在本论文中,以泡沫镍为基底原位生长Mg Co2O4材料,通过二次水热制备出了Mg Co2O4复合材料并深入研究其电化学性能,在测试过程中不需要任何导电剂和粘结剂。本文的研究内容和结果如下:（1）在泡沫镍上原位生长了3D分层多孔状的Mg Co2O4@Co Mo O4电
金属锰是我国重要的战略金属材料,工业上主要采用电沉积法生产金属锰。锰电沉积过程存在能耗高、电流效率低、阳极泥多等诸多问题。同时,电解过程还存在多重电化学反应耦合的非线性行为,如阳极电势振荡、金属分形生长。非线性行为降低了体系的稳定性,增加额外能耗。因此,寻求高电催化活性的阳极材料,调控电解过程中的非线性行为,是实现电沉积过程节能降耗的关键。本研究通过混沌电路耦合强化电极反应过程,调控阳极振荡行为及
近年来随着新能源产业的不断发展,新型移动设备、人工智能设备等高速发展对锂离子电池技术有了更高的要求,而负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,在很大程度上决定了锂离子电池的容量和循环性能。钛铌氧化物（Ti Nb2O7）因其具有较高的理论比容量,并且在锂离子的脱嵌过程中,体积变化较小,可逆性较高,在充放电过程中不会产生锂枝晶和SEI膜,说明钛铌氧化物是一种颇有前景的新型负极材料。然而传统的钛铌氧化物因
过渡金属硫化物八硫化九钴（Co9S8）作为转化型锂电负极材料,因具有理论容量高、成本低等优点而备受关注。然而,其电导率较低,且在充放电过程中存在体积膨胀的问题。因此,研究者们采用表面包覆、形貌调控以及掺杂等手段对其改性进而来提高电化学性能。本文中主要通过原位合成法制备了Co9S8@C复合材料、Co9S8/CNTs/C复合材料和Co9S8/C纳米管,并对复合材料结构与其电化学性能的关系进行了系统研究