绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 17103 条结果
[博士论文] 张昱
等离子体物理 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:作为具有代表性的高介电常数材料,氧化铪已被广泛应用于微电子工业。最近采用特殊工艺制备的掺杂氧化铪薄膜被发现具有显著的铁电性质,这一新型铁电材料与硅基CMOS集成电路工艺良好的兼容性,使其对于集成铁电学的发展具有重要意义,氧化铪基铁电薄膜的研究将带来铁电存储器研究的新突破。研究显示,氧化铪基薄膜的介电性能主要取决于相结构。为了调控薄膜的电学性能,需要研究氧化铪的相变机制。目前人们只单纯依赖实验寻找相变所需的掺杂浓度、薄膜厚度以及沉积温度等工艺参数,这无疑会延长研发周期和提高研发成本。此外,现阶段高质量氧化铪基铁电薄膜的制备方法多为原子层沉积法(ALD),成本高且不易获得大面积的薄膜。因此,研究溅射法制备高质量超薄氧化铪基薄膜并系统地研究薄膜的相变机制是非常必要的。
  本文利用中频孪生靶反应磁控溅射法制备不同成分的氧化铪基薄膜,系统地研究反应气体比例、沉积气压、衬底温度、掺杂浓度等工艺参数对薄膜的成分、结构、表面形貌和介电及铁电性能的影响,对薄膜的相变机制进行了初步分析。此外,本文还利用沉积金属铪缓冲层的方法,抑制氧化物薄膜与硅衬底之间的界面氧化层厚度,以达到优化叠层薄膜器件的电学性能的目的。本文取得的主要研究结果如下:
  (1)在中频孪生靶反应磁控溅射系统中,利用高纯金属铪双靶在氩气与氧气混合气体中沉积厚度均匀、结构致密、厚度在几纳米到几百纳米范围内可调控的氧化铪薄膜。研究了薄膜生长过程中微观结构和介电性能随工艺参数的演变。结果表明,中频孪生靶磁控溅射法可以有效避免金属靶反应溅射沉积化合物薄膜中普遍存在的“靶中毒”现象。随着氧分压的增大,氧化铪薄膜中的氧空位减少、薄膜结构致密,薄膜的表面均方根粗糙度从0.876nm降到0.333nm,同时薄膜的漏电流降低近三个数量级。通过计算拟合发现,本工作中制备的氧化铪在外加电压变化过程中存在欧姆机制和陷阱辅助隧穿机制两种漏导机制。沉积气压的减小可以降低薄膜的生长速率,同时薄膜变得更致密,漏电流随之降低。随着衬底温度的升高薄膜由非晶结构向单斜相转变,温度越高晶粒越大,漏电流随之升高。
  (2)在反应磁控溅射系统中,利用金属钇单靶和金属铪双靶通过共溅射方式沉积一系列不同钇掺杂浓度的氧化铪薄膜。系统地研究掺杂浓度和衬底温度对薄膜结构和介电性能的影响,并对薄膜的相变机制进行了初步分析。结果显示,薄膜由表层到衬底可分为表面污染层-完全氧化层-缺氧层-界面层。从晶体结构看,Y的掺入有利于稳定立方相,发生相变的临界掺杂浓度约为7.4-9.2mol%。引入表面能对单斜-立方相变发生的经典力学理论条件进行了修正,计算得到室温下钇掺杂氧化铪薄膜临界相变的厚度-成分相图和固定钇掺杂含量时的厚度-温度相图,实验与理论计算结果相吻合。电测性能结果显示所有样品皆为标准线性电容,薄膜的介电性能随着Y掺杂浓度升高而优化,薄膜的介电常数最高可达29,薄膜的漏电流密度低至1×10-7A/cm2。
  (3)利用反应磁控溅射技术制备10nm钇掺杂浓度为1.5mol%的氧化铪薄膜,为了控制氧化物薄膜与硅衬底之间形成的界面氧化层的厚度,在硅衬底与氧化铪薄膜之间沉积一层超薄的(~1nm)金属铪缓冲层。系统地研究了缓冲层对薄膜的结构和电性能的影响。结果表明,金属铪缓冲层的存在有效降低界面氧化层的厚度,但不会影响薄膜的晶体结构,薄膜为具有铁电性能的正交相。通过实验分析和理论计算,得出界面氧化层对金属-绝缘体-半导体(Metal-Insulator-Semiconductuor,MIS)结构的氧化铪薄膜介电及铁电性能具有至关重要的影响。界面氧化层的厚度增大导致薄膜介电常数下降,当界面氧化层厚度大于四分之一薄膜厚度时,薄膜不会出现电滞回线。对不同沉积温度对薄膜铁电相变以及电性能影响的研究结果表明,经过快速退火处理后的薄膜的相结构随着衬底温度的升高,由正交相主导转变为单斜相主导。电性能结果表明,沉积温度为200℃的薄膜,经过快速退火处理后,具有最高的剩余极化强度及矫顽场强(20μC/cm2)及较低漏电流密度(10-6A/cm2;3MV/cm)。
[博士论文] 孟祥桐
化学工艺 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:人类对化石能源的过度开采与利用导致了严峻的环境问题和能源危机。作为第三代太阳能电池的杰出代表,染料敏化太阳能电池(DSSCs)具有成本低、组装工艺简单以及环境友好等特点,因而受到研究者的广泛关注。对电极是DSSCs的一个关键组成部分,它可以收集来自外电路的电子并催化电解质中碘三阴离子(I3-)的还原反应。通常,DSSCs的对电极为贵金属铂(Pt),但Pt的储量有限、价格高昂、在电化学环境中稳定性差,这些缺点很大程度上增加了DSSCs的成本和限制了其规模化应用。开发廉价、高效、稳定性好的对电极来取代Pt迫在眉睫。作为碳家族中的一颗新星,石墨烯具有优异的理化性质,因此在各个能源应用中得到广泛关注。然而,相比电化学活泼的石墨烯边缘,其基面是电化学惰性的,这就限制了石墨烯的整体电化学性能。基于此,采用杂原子掺杂技术和对基面进行官能化的策略构筑富活性位的石墨烯基DSSCs对电极材料,并对其催化性能进行了评价。主要结果如下:
  (1)利用化学法切割碳纳米管并结合高温氮掺杂策略制备了富边缘位、基面被充分活化的氮掺杂石墨烯纳米带(N-GNRs)。结构表征发现N-GNRs骨架中氮存在三种构型:石墨化氮、吡啶氮和吡咯氮。将N-GNRs作为DSSCs的对电极,电极和电解液界面上的电荷传输电阻(Rct)仅为0.23Ωcm2,明显低于Pt(1.13Ωcm2),表明前者具有优异的催化活性;基于N-GNRs的DSSC展示出了8.57%的光电转换效率,高于Pt参比电池;N-GNRs具有优异的电化学稳定性。密度泛函理论(DFT)计算首次揭示了N-GNRs的石墨化氮可以显著降低其离子化能,从而降低了电极材料的Rct并促进电子向电解质的快速转移,加快了电极上的I3-还原反应。
  (2)以氧化石墨烯(GO)为碳基质、硫粉作为造孔剂和掺杂剂,采用球磨结合高温退火方法制备了硫掺杂多孔石墨烯(SPG);其具有丰富的边缘、被活化的基面以及相互连通的孔道结构。反应动力学研究揭示SPG发达的孔道结构有利于I3-的扩散。SPG-DSSC的光电转换效率为8.67%,高于Pt-DSSC(7.88%)。连续EIS测试显示SPG的Rct未随扫描次数发生显著变化,说明SPG具有高电化学稳定性。借助理论计算探讨了SPG骨架中不同硫构型对其催化性能的影响,结果显示硫物种可以降低石墨烯的离子化能并将电子快速转移给电解质,加快I3-还原反应。最后,研究了退火温度对SPG催化活性的影响,发现900℃下制备的SPG表现出最佳的电催化性能和最高的光伏性能。
  (3)通过球磨GO和硒粉混合物结合高温退火的策略制备了具有富缺陷位的硒掺杂石墨烯(SeG)。通过改变掺杂温度(800℃、900℃和1000℃),实现了对SeG骨架中缺陷位(含氧官能团、硒物种和孔缺陷)密度的调控;掺杂温度越高,所制备的SeG材料的缺陷位数量越多。一系列电化学表征表明SeG-900作为DSSCs的对电极时具有最优的电催化活性。应用到DSSCs器件中时,SeG-900的光电转换效率高达8.42%,优于Pt-DSSC(7.88%)。利用DFT计算揭示了SeG骨架中Se构型对其催化性能的影响,结果显示Se物种可以显著降低石墨烯的离子化能,从而将电子快速转移给电解质,促进I3-还原反应。最后,讨论了SeG中缺陷位以及缺陷位密度对材料电化学性能的影响。
  (4)采用水热反应在化学气相沉积法制备的石墨烯膜表面成功构筑了高分散、边缘位丰富的MoS2纳米片;当用FTO玻璃作为基底时,其表面形成了分散的花状MoS2。通过理论计算阐明了MoS2纳米片在石墨烯上的生长机理。高度分散的MoS2纳米片也可以在其他碳基底上生长,例如石墨纸和碳纤维纸。将MoS2和石墨烯的复合膜(MoS2-G)作为DSSCs的对电极,电极的极化现象得到明显抑制,并且MoS2-G电极有利于传质;得益于高活性MoS2和高导电性石墨烯之间的协同效应,该复合膜电极具有类Pt的催化活性。连续CV测试发现MoS2-G具有优于Pt的电化学稳定性。基于MoS2-G对电极的DSSC的光电转换效率为7.1%,为Pt基电池性能的96%。
[博士论文] 詹菲
化学工艺 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:作为海洋能(也称蓝色能源)的重要分支之一,盐差能,即两种不同浓度的盐溶液混合释放出来的吉布斯自由能,一般指入海口处河水与海水混合产生的能量,是一类潜力巨大但尚待开发的可再生能源。基于电化学电容器的电容混合技术是一项新兴的低成本的盐差发电技术——浓盐水和稀盐水交替流过电容混合器件的内部流道,使得离子与电极材料发生相互作用,引发电压和电流响应,从而把盐差能转变为电能。目前,基于双电层理论的对称/不对称双电层电容器和利用离子交换膜的膜电容器都能简单有效地实现盐差发电,然而,它们的盐差发电性能亟待提高。针对这一问题,本论文通过设计新型器件结构和新型功能化电极材料,大幅度提高了电容混合技术的盐差发电性能,助推和引领该技术的快速发展。主要研究内容和结论如下:
  (1)提出了杂化电容混合技术——利用电池型Na4Mn9O18(NMO)电极和电容型活性炭(AC)电极组成无膜杂化电容器用于盐差发电。电化学测试结果发现:电解液浓度对电极材料的电化学性能影响显著。20mM替换500mM NaCl溶液时,NMO电极和AC电极的开路电势分别下降89mV和升高55mV。NMO//AC杂化电容器的浓差响应电压可达110mV,短路电流峰值可达0.2Am-2。通过外部电源辅助的四步循环操作证明了杂化电容混合技术的可行性(输出平均功率6.9mW m-2)。
  (2)制备了季铵化聚(4-乙烯基吡啶)修饰的活性炭(AC-QPVP)和硝酸处理的活性炭(AC-HNO3)用作不对称电容器的电极材料。得益于完全相反的带电性,AC-QPVP和AC-HNO3电极的开路电势遇稀盐水分别升高70mV和下降80mV。AC-QPVP//AC-HNO3不对称电容器的浓差响应电压和短路电流峰值分别为150mV和13.2A m-2。在既不需要外部电源,也无离子交换膜的情况下,该器件可输出平均功率密度65mW m-2(外阻100Ω)。这表明,使用化学改性法得到的带反向电荷的功能性炭材料有效地提高了不对称电容混合技术的盐差发电性能。
  (3)开创性地设计了一种结合双电层电势和膜电压的新型电容混合器件:浓差电容器。它由电容型电极、膜、集流体和供浓/稀盐水交替流过的双通道组成。水热还原法制备的石墨烯水凝胶(GH)电极的浓差响应电压可达-81.2mV,且不随反应物浓度、水热时长或者双氧水加入量的改变而显著变化,但会随着CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)浓度的升高而显著降低,表明GH超高的浓差响应电压主要归功于其较强的负电性。使用GH作对称电极和滤膜(FM)或阴离子交换膜(AEM)设计组装了GH//FM//GH和GH//AEM//GH两种浓差电容器。二者的浓差响应电压和短路电流峰值分别为166.7和288.5mV,13和37A m-2。随着外部电阻的增加,浓差电容器的电压不断增大,而电流不断减小,功率密度存在某一极值。当外阻为180Ω时,GH//FM//GH和GH//AEM//GH浓差电容器通过两步循环输出的最高平均功率密度可分别高达141.4mW m-2和482.4mW m-2。浓差电容器是一类结构简单、性能超高、成本较低和极具应用前景的新型电容混合技术。
[博士论文] 高常飞
环境工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:生物电化学系统(BES)是近年发展起来的新兴污水处理技术,该技术既能实现污染物的降解,又可实现电能的输出,其生物阳极的产电水平受制于阴极的催化性能。虽然BES产电水平不高,但其能利用污染物产电,实现驱动和催化废水的自身净化。目前国内外对BES的研究已取得丰硕的科研成果,但该技术仍存在一些问题,如出水水质较差,材料成本高、产电系统的价值提升等难题亟待解决。
  本研究尝试拓展新型电极膜功能,既用作BES的阴极,又兼做MBR过滤介质,在降低系统成本的同时,实现生物产电、自生内电场驱动下的废水自净化、自主控制膜污染,最大限度发挥耦合系统电极膜催化过滤效益和经济效益。本研究从新型电极材料的研制出发,制备了两种不同碳纤维基催化电极膜,在新型BES中开展电极膜对污染物的去除性能及产电性能分析研究;尝试用石英砂、锰砂、活性炭填料层来替代离子交换膜,用空塔被动界面复氧方式提升水体溶解氧水平,采用节能方式减少曝气能耗,降低设备成本和处理成本;用耦合铝阳极絮凝作用,提高污染物处理效果,实现了材料成本降低、出水水质提升的目标。具体研究结果包括:
  (1)以碳纤维布为基底,在聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中掺杂氧化石墨烯(GO),利用相转化法制备PVDF/GO膜。将PVDF/GO膜依次用氢碘酸(HI)和高锰酸钾(KMnO4)处理,将GO先还原为还原石墨烯(RGO)后再氧化,实现二氧化锰的负载。电极膜表征结果证实,在膜面原位形成了二氧化锰(MnO2)催化组分;将GO掺杂比例从0.5wt%增加至1wt%,涂膜厚度为300μm时,碳纤维基MnO2催化电极膜的膜面电导率从4.9×10-5S cm-1增长至2.4×10-4S cm-1,提升约5倍。在新型MFC/MBR耦合型BES中应用此电极膜,系统内阻为752Ω;HRT为8h,BES对COD的去除效率达到97%以上;系统最大功率密度为228mW m-3,对应电流密度为9.59mA m-2,库仑效率(CE)为9.5%;催化电极膜清水通量为437L m-2d-1;相比对照组,膜面胞外聚合物(EPS)浓度降低28.9%,其中LB-EPS降低32.9%,TB-EPS降低51.3%。
  (2)为提升BES出水水质,将空气接触氧化床(ACOB)工艺耦合至BES中。在BES阳极室和阴极室间内嵌滴滤(TF)和ACOB工艺,实现废水的连续生物强化处理。ACOB对阴极室DO浓度具有提升作用,贡献率达到25%,优化后的曝气速率为100mLmin-1;应用石英砂仓(QSC)替代质子交换膜(PEM),BES开路电压(OCV)为0.69V,体积功率密度为111mWm-3,对应电流密度为13.7mA m-2。新型无PEM的BES对COD、NH4+-N、TP的去除效率分别为97%、93%、50%;BES微生物测序结果表明在ACOB生物膜内存在Nitrosomonas sp.(6.31%),Comamonas sp.(4.53%)和Candidatus Kuenenia(0.80%)等微生物,说明BES具有同步硝化和反硝化功能。
  (3)为提高膜面导电性,强化和提升电极膜抗污染性能,在PVDF铸膜液中掺杂还原铁,原位制备了Fe/Mn/C/F/O碳纤维基催化电极膜。膜电极材料孔径约为2-7nm,测试清水通量值为240L m-2h-1,掺杂15wt%还原铁的电极膜膜面电导率9.141×10-4Scm-1。应用Fe/Mn/C/F/O碳纤维基催化电极膜的BES体积功率密度为446mW m-3,对应电流密度为6.70mA m-2,OCV值达到0.80V。体系对COD、NH4+-N、TP的去除效率分别达到97.4%、96.7%、98.0%。催化电极膜(315cm2)成本仅为$0.46;本研究用的BES综合成本低于$47,系统成本效率为969.6mW$-1。
  (4)为实现BES对高负荷废水的低成本优质处理,采用牺牲铝阳极,活性炭和石墨颗粒生物阳极,将微电解和电絮凝工艺耦合至BES中。铝阳极在微电解作用下,释放出的铝离子对废水中的污染物可实现高效絮凝。该BES对COD的去除效率达到99.4%,出水COD低于7.7mg L-1;NH4+-N去除效率达到98.7%以上,出水NH4+-N低于0.6mgL-1;TP去除效率达到98.6%以上,出水TP浓度低于0.5mg L-1。系统体积功率密度达到365.1mW m-3,闭路运行输出最大电压值高达0.97V。BES自生内电场强化电极膜抗污染作用,相比对照组LB-EPS和TB-EPS分别下降66.5%和29.9%。用多介质仓(MMC)替代PEM,当石英砂和活性炭体积比为1∶1时,BES内阻仅为490Ω,相比QSC,输出电压提升近60%。
[博士论文] 潘鹏飞
电子科学与技术;物理电子学 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:外磁场引起材料介电常数的变化称为磁介电效应。由于在磁场传感器、磁电存储器等领域中具有广泛的应用前景,磁介电效应在实验上和理论上吸引着越来越多的关注。
  虽然在各种单相铁氧体及磁电复合材料中均发现有磁介电效应,但从研究深入性的角度出发,在磁介电效应的研究中仍有三个问题有待解决:1)制备磁电性能优异的多铁性复合材料,即具有较大压电系数的铁电相、较大磁致伸缩系数的铁磁相及它们之间较好的弹性耦合;2)给出完整的磁介电系数随磁场的变化曲线是验证磁电复合物磁介电效应最有力的证据;3)提出恰当的理论模型,并结合具体实验条件给出符合实验数据的定量分析。在实际测量中常会出现多个介电机制共存的情况。不同的磁场大小,电场频率及材料化学成分均会影响(或诱导不同的)介电机制。
  针对上述问题,本论文主要工作如下:1)制备了锰锌铁氧体系列单相材料及(1-x)(Bao.88Cao.12)(Tio.88Zro.12)O3-xCoFe2O4系列复合材料,研究了材料的铁磁性、铁电性及磁电耦合相互作用;2)探索了单相铁氧体及磁致伸缩/压电复合材料中磁介电效应的物理机制;3)探讨了材料的共振频率及铁磁相的磁致伸缩效应对磁介电效应的影响。这些工作为磁介电材料及磁介电器件的制备提供了研究基础。
  本论文的研究内容主要分为三部分,每部分的主要内容分别概括如下:
  首先,对具有不同初始磁导率的锰锌铁氧体样品的介电性与磁介电效应进行了实验和理论研究。实验观察到锰锌铁氧体样品在共振频率处具有较强的介电共振。锰锌铁氧体样品在共振频率处、H=3.5kOe的磁场下可测得较大的磁介电系数。理论分析表明,锰锌铁氧体的磁介电效应主要源于Maxwell-Wagner效应与磁电阻效应的共同作用。在共振频率处,锰锌铁氧体样品中异常大的磁介电系数源于共振频率处增强的磁致伸缩效应。
  然后,对锰锌铁氧体磁介电效应的磁滞现象进行了实验和理论研究。实验发现,锰锌铁氧体样品在低频范围(f≤100kHz)内也具有明显的磁介电效应,其磁介电效应与磁电阻效应表现出相似的磁场依赖特性及形状各向异性。锰锌铁氧体样品的磁介电效应的磁滞现象依赖于电场频率及铁氧体中掺杂的Zn离子含量。理论分析表明,锰锌铁氧体磁介电效应的磁滞现象源于磁电阻效应与磁致伸缩效应的共同作用。
  最后,对(1-x)(Bao.88Cao.12)(Tio.88Zro.12)O3-xCoFe2O4(x=0.10,0.20,0.30,0.40)系列磁电复合材料的磁介电效应进行了实验和理论研究。实验观察到该系列复合磁电材料具有较好的室温铁磁性及铁电性。该磁电复合材料(x=0.40)在H=1.5T,f=1kHz处可测得最大室温磁介电系数为5.37%,且磁介电系数随磁场的周期性变化呈蝴蝶状曲线。理论分析表明,该系列磁电复合材料的磁介电效应源于磁电阻效应及磁电耦合的共同作用。磁介电系数的“蝴蝶”状回线源于该系列磁电复合材料中铁电相(Bao.88Cao.12)(Tio.88Zro.12)O3的铁弹特性。
[博士论文] 赵荣芳
化学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:能源危机已成为人类生存亟需解决的重要问题,太阳能电池被视为最具潜力的解决方案之一。染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells,DSSCs)作为新一代太阳能电池,具有成本低、工艺简单、效率高、稳定性好等优点,拥有广阔的应用前景。然而,在现阶段DSSCs的研究中仍存在以下问题制约着其光电转换效率的提升以及实际应用:①TiO2薄膜内光生电子与空穴的复合是产生暗电流的主要原因;②光吸收层只能吸收波长300-800nm范围的可见光,不能有效利用近红外光,限制了DSSCs效率的进一步提升;③以价格昂贵的贵金属Pt为对电极,其催化效果易受环境因素的影响,且易与碘系电解液反应生成PtI4,失去催化活性,从而限制了DSSCs的大规模生产与应用。
  针对以上问题,本文设计以不同形态的稀土离子掺杂CeO2及其复合材料作为光阳极辅助材料,构筑CeO2基复合光阳极的新型染料敏化太阳能电池,利用其与TiO2相匹配的能级结构,形成电子通路,以达到降低光生电子与空穴的复合;通过引入SnO2改善CeO2本身弱导电性的缺陷,加快电子在薄膜内的有效传输;利用稀土离子固有的上转换发光性能,提高对太阳光中近红外光的利用率,扩宽光谱吸收范围,达到提高光电转换效率的目的。进一步针对实验过程中出现的Pt对电极碘中毒现象,在理论计算的基础上,设计并合成空心分级结构的Co0.85Se和表面裸露(102)晶面Te掺杂的CoTe纳米线,研究其对于I3-还原反应的催化能力,并作为非Pt对电极应用于CeO2基复合光阳极DSSCs中,以解决对电极材料中毒失活的问题,同时降低电池成本,为染料敏化太阳电池的实际应用提供理论依据。
  本论文的研究内容主要分为以下五个部分:
  1.基于能级匹配原则构筑P25(CeO2∶Yb,Er纳米管)复合光阳极的DSSCs
  以Ag纳米线为模板,通过水热法合成Yb和Er共掺杂CeO2纳米管(CeO2∶Yb,Er NTs),将其与TiO2(P25)复合,制备DSSCs复合光阳电极。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱仪等对CeO2∶Yb,Er NTs进行表征,确定其结构和组分。通过光电测试研究复合光阳极的光电转换性能,采用电化学阻抗法研究其界面电子转移情况。采用密度泛函理论对CeO2进行能带分析,结构优化后的CeO2具有1.96eV的禁带宽度。利用紫外可见光谱分析,获得CeO2∶Yb,ErNTs的禁带宽度为2.8eV,其导带价带位置均低于TiO2的导带与价带,两者界面符合能级匹配原则,可有效地降低电荷复合,从而达到提高DSSCs光电转换效率的目的。
  2.高电子迁移率P25(SnO2/CeO2∶Yb,Er空心纳米球)复合光阳极DSSCs的构筑
  通过第一性原理对CeO2能带和态密度的分析可知其具有低的电子迁移率。为改善材料的电子传递能力,引入高电子迁移率的SnO2,与CeO2∶Yb,Er形成复合材料。首先采用SiO2为模板,合成核壳结构的SiO2@CeO2∶Yb,Er;随后,通过水热反应,在SiO2分解的同时,K2SnO3水解生成SnO2,形成SnO2/CeO2∶Yb,Er空心纳米球(SnO2/CeO2∶Yb,Er Hollow nanosphere,HNSs)。另外,为验证制备空心SnO2壳层方法的普适性,采用核壳结构的Fe2O3@SiO2为模板,通过同样的方法制备出Fe2O3@SnO2纳米盒子,对其进行碳的包覆合成具备纳米间隙可调的Fe3O4@SnO2@CN纳米盒子,并将其作为负极材料应用到锂离子电池中,具有良好的循环稳定性,证明此类SnO2纳米壳层的制备方法的一定普适性。将SnO2/CeO2∶Yb,Er HHS做为辅助材料与P25形成复合光阳极制备DSSCs,光电测试结果表明DSSCs的光电转换效率得到了有效提升。通过开路光电压衰减法,研究薄膜内光生电子的寿命变化,由于SnO2/CeO2∶Yb,Er的辅助作用,光生电子的寿命得到了明显增加。
  3.上转换发光CeO2∶Yb,Er@SiO2@Ag复合纳米纤维作为光阳极辅助材料在DSSCs中的应用研究
  Yb和Er通常作为上转换纳米材料中的敏化剂与激活剂,在合适的晶体场,即具备上转换发光性能。通过静电纺丝法制备CeO2∶Yb,Er纳米纤维,经过SiO2的包覆及高温处理获得复合纤维CeO2∶Yb,Er@SiO2,使其具有较高的上转换发光性能;最后将Ag纳米颗粒负载在表面得到CeO2∶Yb,Er@SiO2@Ag复合纳米纤维,利用Ag纳米颗粒表面等离子共振效应,增强其荧光发光强度。将制备的复合纳米纤维作为光阳极辅助材料应用到DSSCs中,光电测试结果显示,与空白P25光阳极制备的DSSCs相比,其光电转换效率增加至8.17%,增长了22.9%。以980nm激光器为照明光源,得到了约为0.14%的光电转换效率;此外,IPCE测试显示其在800-1000nm近红外光区具有吸光特性,共同证明了上转换纳米材料的引入,可拓宽DSSCs的吸光范围,提高了DSSCs对于太阳光的利用率。
  4.构筑基于CeO2基复合光阳极空心分级结构Co0.85Se非铂对电极的DSSCs
  在前三章的研究基础上,构筑基于非铂对电极的CeO2基复合光阳极DSSCs,以解决对电极因中毒催化性能失活的问题,同时降低电池成本。首先,采用密度泛函理论计算Co0.85Se对电极材料催化下I3-还原反应的反应能量势垒。对比结果可知,在Co0.85Se的催化下,I3-还原反应具有较小的反应能垒,理论上Co0.85Se可作为对电极材料应用到DSSCs中。以甲醇-水为反应体系,设计合成不规则空心分级结构的Co0.85Se(Hollow hierarchical structure,HHS Co0.85Se)。通过改变反应体系中醇的种类,例如乙醇、正丙醇和正丁醇等溶剂,得到了不同形貌和不同结晶性的Co0.85Se。氮气吸脱附分析显示HHS C0.85Se-M具有较大的比表面积,更多的活性位点有利于催化反应的进行。通过循环伏安、电化学阻抗以及Tafel极化曲线测试,证实HHS Co0.85Se-M催化I3-的还原反应具有媲美贵金属Pt的催化性能。光电测试结果表明,构筑基于HHS Co0.85Se-M对电极的CeO2基复合光阳极DSSCs,其光电转换效率得到了进一步的提升,为设计新型DSSCs提供理论依据。
  5.基于CeO2基复合光阳极CoTe/Te纳米线非铂对电极DSSCs的设计
  基于密度泛函理论对CoTe催化I3-还原反应进行了理论研究。理论结算结果表明,以CoTe(102)为活性晶面时,其具有相较于Pt更小的反应能量势垒,暗示CoTe具有较高的催化活性,可以作为对电极材料替代贵金属Pt。采用一步水热法合成表面裸露(102)晶面的CoTe/Te复合纳米线,通过循环伏安法、电化学阻抗法以及Tafel极化曲线研究其对于I3-离子还原的催化活性。光电测试结果表明,基于表面裸露为(102)晶面Te掺杂的CoTe/Te的高催化活性,以其为非铂对电极,,构筑新型的CeO2基复合光阳极DSSCs,展现出优良的光电转换性能,为低成本DSSCs的实际应用提供理论基础。
[博士论文] 严延
化学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:超级电容器作为一类新兴储能器件,由于充放电速率快、循环寿命长、功率密度高等特点,在许多领域得到了广泛的应用。影响超级电容器性能最主要的因素是电极材料,其中,钒基材料具有合成简易、成本低廉及理论比电容值较高等特性,被广泛用作超级电容器电极材料。本文根据钒的化合价从低到高,成功制备出一系列的钒基超级电容器电极材料。研究内容主要包含以下五个部分:
  1.棒状VⅣ-MOFs的制备及超级电容性能的研究。为了能够成功制备出VⅣ-MOFs(VⅣ(O)(bdc),bdc=1,4-对苯二甲酸),本文首先从制备最为常见的Ni-MOFs入手,以六水合硝酸镍、对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法,制备出一种新型的手风琴状Ni-MOFs,并将它作为超级电容器电极材料。通过对制备Ni-MOFs的方法加以改进,随后以硫酸氧钒、对苯二甲酸为原料,同样通过溶剂热合成了一种棒状VⅣ-MOFs超级电容器电极材料,其比表面积为116.8m2g-1。在三电极的测试条件下,棒状V-MOFs在1.0Ag-1的电流密度下,其比电容为520.8F g-1,同时具备出色循环稳定性。随后将所制备的棒状V-MOFs作为正极材料,活性炭作为负极材料,分别构建了水系和固态非对称超级电容器,发现无论是在水系还是固态条件下,其都具备优异的超级电容性能。棒状VⅣ-MOFs的合成以及超级电容性能的探究结果为一步开发MOFs基的高性能超级电容器电极材料提供了借鉴。
  2.CuV2O5纳米带设计制备及超级电容性能的研究。以广玉兰树叶、硫酸铜为起始原料,用一步水热合成了剪纸状的Cu超结构。再将所制备的Cu超结构与V2O5,双氧水进行水热反应,合成出CuV2O5纳米带,并将其用作超级电容器电极材料。在三电极的测试条件下,在1A g-1的电流密度下,比电容可达701.3F g-1,经历10000次充放电循环后,其电容保持量为91.2%。在非对称超级电容器体系下(CuV2O5纳米带和活性炭分别作为作为非对称超级电容器的正极和负极材料),在功率密度为86.4W kg-1时,超级电容器的能量密度为34.8Wh kg-1,当超级电容器的功率密度增加到1515.3W kg-1时,超级电容器的能量密度仍能达到24.8Wh kg-1。
  3.非晶AlV3O9微球的合成及超级电容性能研究。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂和软模板,通过简单的一步水热方法,合成非晶AlV3O9微球。将非晶AlV3O9微球用作超级电容器电极材料表现出了优异的超级电容性能,具体表现为较高的比电容(在电流密度为1A g-1的条件下,非晶AlV3O9微球的比电容可达545F g-1)和优异的循环稳定性(在1A g-1的电流密度下循环10000次,仅有11%的比电容损失)。进一步,将非晶AlV3O9微球作为正极,活性炭作为负极组装成非对称超级电容器,实现在功率密度1124.4Wkg-1的情况下,能量密度可达37.2Wh kg-1。
  4.三维带状结构AlV3O9的合成及超级电容性能研究。以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂和软模板通过简单的水热方法合成三维带状结构AlV3O9。制备出的AlV3O9具有三维带状多孔结构,是理想的超级电容器电极材料。在三电极的测试条件下,在1Ag-1的电流密度下,比电容可达521F g-1,在经历10000次充放电循环后,其电容保持量为91.5%。将三维带状结构AlV3O9做正极和活性炭做负极组装成非对称电容器,该超级电容器呈现出长的循环寿命(循环10000次后,电容仅衰减7.4%)。
  5.花状结构Co3V2O8的合成及超级电容性能研究。以乙酰丙酮钴、偏钒酸铵和四丁基溴化铵为原料,通过简单的溶剂热法成功制备出花状结构Co3V2O8。该电极材料在电流密度为1A g-1时,比电容可达773.1F g-1。由花状结构Co3V2O8正极与活性炭负极组成的非对称超级电容器在水溶液中的窗口电压为1.6V,当电流密度为1Ag-1时,经过10000次充放电循环,该非对称超级电容器的比电容可保持其初始值的93.2%;当功率密度为400.2Wkg-1时,其最大能量密度可达41.8Wh kg-1。
[硕士论文] 陈广思
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:我国西北地区的沙尘暴天气已造成多起绝缘子污闪事故的发生,绝缘子污闪将导致接触网无法正常供电,而绝缘子表面积污是污闪发生的前提,因此对绝缘子积污问题展开深入研究是十分必要的。本文通过在软件中搭建模型并仿真分析了风沙环境下接触网腕臂复合绝缘子积污特性,研究结果可以为风沙环境下接触网腕臂复合绝缘子污闪事故的原因分析作参考。
  本文结合流体力学场和静电场共同作用,建立了风沙环境下接触网腕臂复合绝缘子的风洞仿真模型。利用有限元软件COMSOL Multiphysics对风沙环境下接触网腕臂复合绝缘子在不同风沙环境中的表面压强和积污质量进行仿真计算,并对结果进行分析。
  仿真结果表明:风速增加时,绝缘子表面压强增大;沙粒粒径为10-40μm时,积污质量随风速增大而增加,并达到饱和。沙粒粒径为40-60μm、风速在0-15m/s时,风速增加,积污质量增大;风速在15-30m/s时,风速增加,积污质量增加至饱和。粒径大于60μm时,积污质量随风速增大而减小并达到饱和。风速较小、电压在0-80kV时,迎风面、背风面表面压强随电压增加而增大,积污质量随电压增加而增加;风速较大、电压在0-80kV时,迎风面、背风面表面压强随电压增加而基本不变,积污质量随电压增加也基本不变。沙粒粒径为10-40μm时,迎风面、背风面表面压强随粒径增加而增大,积污质量随粒径增大而增加;粒径为40-100μm时,迎风面、背风面表面压强随粒径增加趋于饱和,积污质量增加趋势减缓逐渐达饱和。沙粒浓度增加,表面压强增大,积污质量增大。本次仿真得出的结果与相关文献进行对比,符合绝缘子积污特性的一般规律,但是风速较低时,对于粒径较小的沙粒,由于电场力对改变沙粒运动轨迹作用显著,结合静电场分析绝缘子积污特性更为准确。
[硕士论文] 淮梦琪
电力系统及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:接触网为高速铁路传输电能,绝缘子是其重要组成部分。随着我国经济建设的发展,高速铁路受到的来自运行环境的影响更趋复杂,这对绝缘子的绝缘性能提出了更高的要求。研究表明,绝缘子表面积累的污染物在一定外界条件的作用下会引发污闪事故,影响铁路系统的正常供电和运行。因此,及时预知运行绝缘子的污秽状态、保证工作人员在安全时间内采取应对措施,对避免潜在闪络事故的发生十分重要。本文在检索大量国内外参考文献、总结前人结论和成果的基础上,基于实验室的试验数据对绝缘子泄漏电流的变化规律进行详细分析,提出利用模糊神经网络对接触网绝缘子进行污秽状态检测,拟提高绝缘子状态检测的预警能力。
  首先,为探索污秽绝缘子泄漏电流与其表面污秽度之间的联系及具体的函数关系。本文以FQBSG-25/12-970P型腕臂用棒式复合绝缘子为研究对象,通过试验获取不同污秽程度和湿度条件下的泄漏电流数据;根据数据呈现出的变化趋势,提取表征泄漏电流的特征量,筛选出3个有效特征量:泄漏电流有效值Ie、泄漏电流最大值Im及泄漏电流标准差σ,分别得到它们与绝缘子表面污秽量的关系。随后,利用特征量及环境湿度作为输入变量,搭建预测绝缘子污秽度的BP神经网络模型。BP神经网络能够通过自学习确定权值和阈值,预测结果客观准确,将预测结果与试验结果进行对比。结果表明:三个特征量能为绝缘子污秽度的预测提供有效信息。
  最后,根据绝缘子在线监测系统智能化的要求,提出了基于模糊神经网络的绝缘子污秽状态预测方法。综合考虑BP神经网络预测出的绝缘子污秽度及各个运行环境参量等多方面的影响因子,搭建评判绝缘子污秽状态的网络模型,对运行绝缘子的污秽状态进行综合评定。结果表明:利用模糊神经网络预判污秽状态的方法是有效的,利用该方法可以得到绝缘子在不同运行环境和地理环境下的污秽状态。根据预测结果向接触网维护人员给以警示,使其能够准确掌握绝缘子的实时污秽状态,为工程人员清洁染污绝缘子工作提供参考。
[博士论文] 梁芳楠
化学工程与技术 中北大学 2018(学位年度)
摘要:随着绿色能源的发展,超级电容器作为一种新型实用高效的绿色储能装置,受到越来越多研究者的关注。制备高性能低成本的电极材料成为目前超级电容器研究的核心任务。无机/有机复合材料因其综合了无机物和有机物的优势,利用协同效应能有效提高复合材料的性能,因而成为电极材料的首选材料。其中,MnO2的低成本及导电聚合物聚吡咯(Polypyrrole,PPy)优良的导电性受到学者的广泛关注。针对MnO2/PPy复合材料制备方法中存在工序繁琐,需提前制备前驱体,产物形貌粒径不可控等问题,本文采用细乳液聚合法的“液滴成核”原理制备MnO2/PPy复合材料,先采用三种乳化装置制备细乳液,再利用制备好的细乳液合成MnO2/PPy复合材料,并对所制备的复合材料的物理性质和电化学性能进行初步探讨研究,以期得到粒径较小,粒径和形貌可控的MnO2/PPy无机/有机复合材料。本文的主要研究内容如下;
  (1)以Py为单体,p-TSA为掺杂剂,超纯水为水相,环己烷为油相,Span80为表面活性剂,KMnO4为氧化剂,高速分散器为乳化装置制备细乳液。结果表明液滴尺寸随着转子转速及分散时间的增加先减小后增大,稳定时间则呈相反的趋势。利用适宜操作条件下制备好的细乳液合成MnO2/PPy复合材料,并对其物理性质进行分析可知,细乳液法成功制备出了MnO2/PPy复合材料,且产物粒径较小,呈类球形花状结构。获得了高速分散器制备细乳液的适宜操作条件为转子转速4×2800r min-1,分散时间4min,该条件下制备的细乳液液滴大小为65.8nm,稳定时间为40min。此外,高速分散器制备MnO2/PPy复合材料的适宜操作条件为转子转速4×2800r min-1,分散时间4min,p-TSA浓度0.84mol L-1,KMnO4浓度0.028mol L-1,反应时间2.5h。该条件下制备的MnO2/PPy复合材料粒径为86nm,比容量在电流密度为0.5A g-1时达到216.9F g-1。
  (2)以超声细胞破碎机为乳化装置,制备细乳液的适宜操作条件为超声功率380W,超声5min,该条件下制备的细乳液液滴大小为54.6nm,稳定时间为51min。采用FTIR、XRD、HRTEM和BET等对MnO2/PPy复合材料的物理性质进行表征,结果表明,制备的MnO2/PPy复合材料粒径约为58-88nm,比表面积为231.3m2g-1,平均孔径为3nm,属于介孔材料。通过循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、阻抗和循环稳定性等测试对MnO2/PPy复合材料的电化学性能进行研究,结果表明,MnO2/PPy的比容量在0.5Ag-1时达到241.3F g-1,经过1000圈充放电后,MnO2/PPy复合电极比容量保持率为93.5%。
  (3)以撞击流-旋转填料床(IS-RPB)为乳化装置,制备的细乳液液滴尺寸随着超重力因子、撞击初速的增加先减小后增大,而稳定时间对细乳液液滴尺寸则呈现相反趋势,同时循环次数的增加不利于细乳液的稳定。采用细乳液法制备了MnO2和MnO2/PPy复合材料,通过对比研究得出MnO2/PPy复合材料平均粒径小于单组分MnO2的粒径,且比表面积较大;同样电流密度下,MnO2/PPy的比容量大于MnO2,最大可达到231.9F g-1,说明MnO2和PPy的协同作用有效提高了复合材料的比容量。
  (4)对三种乳化装置制备的细乳液性能进行了对比分析,表明三种乳化装置都可以制备纳米级细乳液;不同乳化装置因结构差异导致制备细乳液作用机理和应用范围的不同;相同乳化体系,IS-RPB处理量大,放大效应小,不产生热量,批量化生产,瞬时就可以达到很高的制乳率的优势更能满足工业化制乳要求。通过对不同细乳液合成的MnO2/PPy复合材料的物理性质和电化学性能进行对比分析,得出细乳液的液滴大小对合成的复合材料粒径有较大影响,液滴尺寸小,制备的复合材料粒径就小,比表面积就越大,有利于复合材料电化学性能的提高。MnO2/PPy复合材料存储的电荷由表面吸脱附理论和体相内氧化还原反应两种机理共同作用实现,两种机理对比容量的贡献率与电流密度和扫描速率的大小有关。以上这些性能表明,IS-RPB可以作为制备细乳液的乳化装置,细乳液法可以作为制备MnO2/PPy复合材料的有效方法。
  本论文制备的细乳液可用于制备各种复合材料,本文以MnO2/PPy为例,基于细乳液法“液滴成核”原理,制备出粒径小、比表面积大的MnO2/PPy复合材料,颗粒的团聚现象在一定程度上得到改善。基于工业应用考虑,IS-RPB更适合工业化连续制备细乳液。
[硕士论文] 鞠月玲
电子与通信工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFC)是一种工作温度在600℃-800℃的环保高效的全固态发电装置,是当今SOFC的主要发展趋势。温度的降低可以减小电池对材料的依赖和成本、延长电池的寿命,但也增大了电极的极化电阻。寻找一种中温下具有较高氧还原反应(ORR)催化活性的阴极材料可以改善这一问题,成为了当今社会研究的热点。
  钙钛矿型ABO3含钴阴极是中温固体氧化物燃料电池常用的阴极,显示了优良的氧催化活性以及理想的电导率。当大半径尺寸的Ba2+全部取代A位元素时加快了阴极的ORR反应速率,提高了阴极的电化学性能。但存在阴极钙钛矿相结构的不稳定,而且易与空气中CO2反应的问题,因此本文利用在B位进行具有相似离子半径的Nb5+和Ta5+共掺杂的办法来改善其性能。
  论文采用固相法制备BaCo0.7Nb0.3-xTaxO3-δ(BCNTx,x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.30)阴极材料,研究了BCNTx阴极材料物相结构、微观结构和电化学性能。XRD测试结果表明,经过1100℃烧结10小时的BCNTx阴极粉体已形成了立方钙钛矿相结构。通过对BCNTx/SDC/BCNTx对称半电池的交流阻抗谱测试,可以看出在1000℃下烧结4h,并且在Ta掺杂量为x=0.1时,阴极的极化阻抗Rp最小,在800℃的测试温度下约为0.0495Ω·cm2。以Ni0.9Cu0.1Ox-SDC为阳极,SDC为电解质,BaCo0.7Nb0.2Ta0.1O3-δ为阴极,制备出了SDC电解质支撑的单电池,在800℃时,电池的最大输出功率密度为628.51mW/cm2,电池的极化阻抗约为0.0552Ω·cm2,预示着BCNTx是一种较有应用前景的阴极材料。
[硕士论文] 秦继红
物理学;凝聚态物理 牡丹江师范学院 2018(学位年度)
摘要:本文以蚕茧壳作为柔性基质材料,银微米/纳米线作为导电介质,采用浸蘸法制备了生物质基柔性电极材料。通过电学测量和SEM/紫外荧光成像等对样品进行了表征。结果表明
  1、银微米/纳米线在基质材料上的附着分布状况决定了柔性电极材料的导电性能。基片厚度越薄,浸蘸次数越多,则银微米/纳米线分布连接越好。
  2、外界物理因素如扭曲与弯折会明显改变柔性电极材料的电导率。机械弯折会降低电极材料的电导率,机械扭曲会改善电极材料的电导率。
  3、电解液的酸碱环境对柔性电极材料的电阻率有较大影响。酸碱性电解液均不适于以蚕丝蛋白为基质材料的柔性电极材料,而中性电解液非常适于该柔性电极材料。
[硕士论文] 张少梅
化学 中北大学 2018(学位年度)
摘要:锂硫二次电池由于高的能量密度和低成本,且其重量能量密度(2600Wh/kg)是现有锂离子电池体系的3~5倍,以及较高的理论比容量(1672mAh/g),因此成为目前全世界电池领域研究的热点之一。锂硫电池的正极材料直接影响着电池的容量大小,同时也是评价电池性能的重要参考因素之一。金属氧化物提供的金属-氧键能够有效阻止多硫化合物在电解液中的溶解,进而提高活性物质硫的有效利用率,加强了电池的电化学性能。纳米结构的氧化物尺寸小,用于锂硫电池正极时,不仅使得锂离子的迁移时间缩短,还能在锂离子脱嵌时内应力得到有效缓解,相应地增加锂硫电池循环性能,延长循环寿命。此外,多孔结构材料的氧化物表面积较大,有很多空隙,使得电解液容易通过进入到纳米结构的材料中。基于金属氧化物用于锂硫电池正极材料载体的重要性,本文主要研究了多孔中空核壳SnO2/S、中空TiO2/S、和中空Mg0.6Ni0.4O/S的制备及作为锂硫电池正极材料的电化学性能。主要研究内容和研究结果如下:
  (1)以C球为模板,以SnC12·2H2O为原料,通过溶剂热反应制备出中空核壳SnO2纳米微球,再结合液相渗入法和熔融-融合法得到SnO2/S复合物。利用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、热重差热分析(TGA)测试手段对复合物进行形貌、结构及不同组分含量确定的表征;通过循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流充放电测试方法对其进行电化学性能表征。结果显示,相比于单独的S电极,中空核壳SnO2/S复合物作为锂硫电池正极材料具有优异的电化学性能,不仅有较高的库伦效率,经50次循环后,容量保留达到92%(单独S电极的容量保持率仅有25.2%)。此外,SnO2能够加强单质S的电子导电性,还能有效阻止充放电过程中多硫化合物在电解液中的溶解,有效缓解了锂硫电池容量衰减的问题
  (2)以C球为模板,结合溶剂热反应制备出中空结构的TiO2,并通过液相渗入法和熔融-融合得到TiO2/S复合物。利用透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、热重差热分析(TGA)测试手段对复合物进行形貌、结构及不同组分含量确定的表征;利用循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流充放电测试方法对其进行电化学性能表征。结果表明,中空TiO2/S复合物作为锂硫电池正极材料,在350mA/g的电流密度下,经50次循环后,容量保留达到89%。说明,TiO2能有效阻止充放电过程中多硫化合物在电解液中的溶解,有效缓解了锂硫电池容量衰减的问题。
  (3)以Mg(AC)2·4H2O,Ni(NO3)2·6H2O为主要原料,通过溶剂热反应和模板移除,制备出中空Mg0.6Ni0.4O纳米球,再经液相渗入和熔融-融合得到Mg0.6Ni0.4O/S复合物。利用扫面电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、热重差热分析(TGA)测试手段对复合物进行形貌组成及不同组分含量确定的表征;通过循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、恒电流充放电测试方法对其进行电化学性能表征。结果表明,中空Mg0.6Ni0.4O/S作为锂硫电池正极材料时,在电流密度为200mA/g的条件下,经过65次循环,其容量仍能高达912mAh/g;在电流密度为4000mA/g时,经过500次循环后,其可逆容量仍能保持在174.5mAh/g,容量保持率达77%,库伦效率也在95%以上。优异的电化学性能表明,Mg0.6Ni0.4O不仅能够缓解充放电过程中多硫化合物在电解夜中的溶解,更能说明中空Mg0.6Ni0.4O/S是一种较为理想的锂硫电池正极材料。
[博士论文] Abdelati Jermi
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在利比亚,聚合物的产量较高,尤其是在电器方面的应用比较广泛。在架空输电线路和配电线路中大量使用了聚合物绝缘子。环境或自然因素导致其机械性能的下降,使这些聚合物绝缘材料在使用过程中产生了很多问题。
  本文的研究是为了确定利比亚不同电力公司使用的非陶瓷绝缘材料的使用条件。通过实验研究了这些聚合物绝缘材料的适宜性和可降解性,评估在利比亚南部地区干旱的沙漠气候中用于高压传输和配线的聚合物绝缘材料的性能。在利比亚,撒哈拉沙漠夏季的环境温度白天在50-56℃,夜间气温下降到30-40摄氏度,同样在冬季白天气温在35-30℃,夜间气温在5-20℃。本文根据IEC标准1109建立了聚合物绝缘子综合评价体系,考虑太阳辐射从1到4mW/m2,研究了受热和紫外线对这些聚合物绝缘子的影响。通过专门设计的加速老化试验箱,对老化的绝缘体的强度(承受能力)与新的聚合物绝缘材料相比较。电性能测试表明热塑性弹性体(TPE)绝缘材料的性能高于硅橡胶(SiR)绝缘体,并对其进行了冲击试验测试。正负极中光强度波形采用1.2/50μs,根据扫描电镜显示,热塑性弹性体优于硅橡胶,因为硅橡胶衰老程度更高而且表面凹凸不平,而硅橡胶击穿电压比热塑性弹性体低2.9%,这是因为表面粗糙度引起的电晕效应导致。
  本文还研究了一种有希望应用于电气绝缘的HDPE/PA6共混体系。分别研究了PA6/HDPE含量为70/30和50/50两种组分。马来酸酐接枝物含量分别为0%、0.1%、0.3%和0.5%。根据研究结果显示,马来酸酐接枝物含量为0.3%时分散相颗粒大小和形态最优。当马来酸酐接枝物含量增加到0.5%时,分散相颗粒尺寸减小,但同时也破坏了聚合物分子链,对于聚合物力学性能不利。在环境恶化的情况下,进行了水蒸气传输测试(WVT)。结果表明,纯HDPE在污染环境中的降解能力较弱,PA6/HDPE(50/50)比PA6/HDPE(70/30)降解度低4%。
[硕士论文] 王智成
工业催化 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:电化学氧化技术作为一种环境友好型的高级氧化技术不仅因其在反应过程中具备较强的催化活性而且反应时具有绿色环保、二次污染少、安全性能高、操作简便等优点而备受关注。其中,阳极材料的选取关乎到电极的电化学催化活性强弱。PbO2电极材料因其价格低廉、耐腐蚀性好且拥有较高的过氧电位被视为最具有发展潜力的阳极材料。但PbO2阳极的催化活性和电化学稳定性仍需要提高。因此,本文以提高PbO2阳极的催化活性和稳定性这两个方向为目标展开一系列研究工作,主要研究内容如下:
  以钛基二氧化钛纳米管为基体(Ti/TiO2NTs),通过脉冲电镀与高温煅烧法相结合将氧化镍(NiO)和稀土铈(Ce)掺杂的PbO2依次负载在Ti/TiO2NTs中,成功制备出了复合Ti/TiO2NTs/NiO/Ce-PbO2电极。研究了NiO的负载以及Ce的掺杂对PbO2电极性能的影响,选用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)等表征手段对改性后PbO2电极表面形貌,物相结构以及元素组成与价态进行深入分析。并采用了循环伏安(CV)、线性扫描伏安(LSV)以及交流阻抗(EIS)等方法来考察改性后PbO2电极的电化学性能。实验结果表明,相比于块状易团聚的Ti/TiO2NTs/PbO2(41.2nm)和Ti/TiO2NTs/Ce-PbO2电极(34.6nm)而言,紧凑的表面结构和颗粒均匀细小的Ti/TiO2NTs/NiO/Ce-PbO2电极(15.2nm)具有更大的电化学活性面积、更小的电子转移电阻和更高的过氧电位。以苯酚为模拟有机废水,在电化学降解实验中研究了不同的苯酚浓度、电流密度以及溶液的酸碱度对Ti/TiO2NTs/NiO/Ce-PbO2电极降解苯酚的影响,得出了最佳的降解参数:苯酚溶度为50mg/L、施加的电流密度为40mA/cm2、pH为3。在最佳条件下,经过180min降解后,苯酚去除率和总有机碳(TOC)去除率分别达到100.0%和98.1%,由此得出新型Ti/TiO2NTs/NiO/Ce-PbO2电极具有更强的催化性能。
  以一维Ti/TiO2NTs为基体,不需要其他外在三维模板状态下,通过简单的脉冲电沉积制备出三维球堆状PbO2电极(3D-sphere PbO2),并选用SEM、EDX以及XRD对3D-sphere PbO2电极的表面形貌、化学成分、晶型结构进行表征。实验结果表明,相比于传统直流电沉积获得的平板状PbO2电极(flat-PbO2),3D-sphere PbO2电极具有更复杂的三维立体结构和更小的颗粒尺寸。通过电化学CV、LSV、EIS以及极化寿命等测试表明,对比于flat-PbO2电极,3D-sphere PbO2电极因具有更大的电化学活性面积、更高的过氧电位、更小的电子转移电阻而导致在降解过程中具有更长的使用寿命和化学稳定性。在最优电流密度下(30mA/cm2),通过降解100mg/L苯酚溶液来对比flat-PbO2电极和3D-sphere PbO2电极的催化性能。实验结果表明,相对于平板flat-PbO2电极的苯酚去除率(73.1%)而言,3D-sphere PbO2电极在降解苯酚过程中去除率高达到96.5%。此外,研究表明两种电极在降解苯酚过程中均符合准一级反应动力学,对比两种电极的动力学常数(k)可知,3D-sphere PbO2电极在降解苯酚时的k是相同条件下flat-PbO2电极的2.56倍。由此得出具有复杂的微观结构的三维球堆状3D-sphere PbO2电极不仅催化活性增强,同时电极的使用寿命也大幅度提高。
[硕士论文] 毛雨路
化学工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:二氧化钛(TiO2)本身是一种良好的半导体,并且因为具有优良的化学稳定性、高氧化还原选择性、没有二次污染和良好的光电化学性能等一系列优点而被人熟知。而二氧化钛纳米管(TiO2NTs)因其较高的比表面积以及独特的尺寸效应,引起了人们的巨大兴趣和广泛关注。TiO2NTs的这些特性使得人们可以把它作为基体,从而进一步在其管内及其表面添加修饰一些催化剂,制备出纳米尺寸的电极材料,以增强电极的电化学性能和催化活性。
  本文以钛基二氧化钛纳米管(Ti/TiO2NTs)为基体,通过对其修饰改性来提高其电催化性能。利用脉冲电沉积的方法将稀土元素Pr掺杂的PbO2修饰到TiO2NTs的管里或者管表面,制备出新型电极材料Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr电极。通过循环伏安测试(CV)和线性伏安测试(LSV)等电化学手段对电极的电化学性能进行测试评估,测试结果表明新型电极材料Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr电极具有较高的电催化活性。并利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)等对Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr电极表面形貌、晶形结构和元素组成进行测试研究。而且本文用溶胶-凝胶法来制备掺杂CeO2的二氧化钛纳米颗粒(TiO2nano-CeO2),并同样利用脉冲电沉积的方法将其修饰到Ti/TiO2NTs/PbO2管里或者管表面来进行对Ti/TiO2NTs/PbO2电极的修饰改性,并对其进行表征。主要研究成果如下:
  1.在优化条件下,以硝酸镨(Pr(NO3)3·6H2O)为稀土元素Pr的掺杂来源,利用脉冲电沉积的方法,成功实现了Ti/TiO2NTs/PbO2电极的Pr掺杂改性。研究结果发现:在0.1mol/L的硫酸钠溶液中的CV图,Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr拥有较高的吸氧过电位。由SEM图中,观察到颗粒更细化,电极的比表面积更大。经XRD分析,掺杂后的TiO2峰强减弱,可能是因为部分PbO2-Pr覆盖到Ti/TiO2NTs表面所致。XPS表明稀土元素Pr成功被修饰到TiO2NTs中,且所掺杂的稀土元素是以三价的形式存在。电催化等相关实验证明了所制得的电极有着良好的催化能力和电极稳定性。
  2.用溶胶-凝胶法制备掺杂含有二氧化铈的二氧化钛纳米颗粒(TiO2nano/CeO2),在优化条件下,将TiO2nano/CeO2修饰到TiO2NTs的内部或者表面,通过SEM,XRD,XPS等表征手段来探究Ti/TiO2NTs/PbO2-TiO2nano/CeO2电极的形貌、晶型结构及元素组成。通过对Ti/TiO2NTs/PbO2-TiO2nano/CeO2电极进行循环伏安测试(CV)和电化学阻抗谱测试(EIS),探索电极的电化学性能。通过以上表征手段得出,所制得的电极(Ti/TiO2NTs/PbO2-TiO2nano/CeO2)有着较大的比表面积,较高的吸氧电位和较小的阻抗。
  3.利用Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr电极电催化降解亚甲基蓝的实验,研究了电极对亚甲基蓝的电催化降解特性以及反应机理,其结果表明:Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr电极在亚甲基蓝有机溶液中的最高峰电流密度为50mA/cm-2,在电解120min后,Ti/TiO2NTs/PbO2-Pr电极对亚甲基蓝的降解率达到99.7%和COD去除率达到88.0%,而空白电极Ti/Ti02NTs/PbO2仅为84.9%和55.1%。
[硕士论文] 王叶
材料化学工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:聚苯胺(PANI)作为超级电容器电极材料具有很好的应用前景,其具有很高的理论比电容、制备工艺简单、合成原料便宜及绿色环保等优点引起了越来越多的关注,但其实际比容量偏小、电化学稳定性差、产率低等因素一直限制了其在实际中的应用。为此,本课题做了三个方面的内容:(1)用产率高的化学氧化法制备了HCl、HNO3和H2SO4掺杂PANI,研究了氧化剂的量、酸的种类、酸的浓度、合成温度及合成时间对PANI电导率的影响;(2)用还原氧化石墨烯(RGO)与高导电率的PANI进行原位复合,研究了不同比例的PANI/RGO的电容性能和循环稳定性;(3)用液相沉淀法制备了MnO2,再用原位合成法制备了PANI/MnO2复合材料,研究了不同比例的PANI/MnO2的电容性能和循环稳定性。
  研究表明:(1)用HCl作为掺杂酸制备的PANI在结晶性能上要稍优于HNO3和H28O4掺杂的PANI,且更易制备出纤维状的PANI。同时通过测试电导率发现当氧化剂与苯胺单体的摩尔比为1,掺杂酸的浓度为2mol/L,合成温度为0℃,合成时间为8h时,制备出的PANI导电率最高为10.23S/cm。(2)PANI与RGO原位复合后,材料的比电容和电化学稳定性得到了很大提升,当RGO与苯胺单体的质量比为1∶8时比容量最高,用1mol/L的H2SO4作为电解质溶液,在1A/g电流密度下的比电容可达546.75F/g,且循环1000次后仍能保留初始容量的78.65%,远高于纯PANI的比电容(326.27F/g)和循环稳定性(42.31%)。(3)液相沉淀法制备的MnO2属于γ-MnO2,其能很好的分散于PANI中,二种单一材料的阻抗都比较高,经原位复合后的PANI/MnO2的阻抗大大减小了,在MnO2的添加量与苯胺单体的摩尔比为1∶5时,用1mol/L的H2SO4作为电解质溶液,在1A/g电流密度下PANI/MnO2的比电容可高达483.39F/g,且循环稳定性好,充放电1000次后仍能保持初始容量的75.32%。
[硕士论文] 赵馨
交通运输工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:汽车是现代工业的产物,同时也是人类工业文明的象征。汽车产业的发展推动着一个国家的整体经济发展,汽车工业的先进性也体现着一国的科学技术、机械制造等多方面实力与水平。当今社会,在能源与环境危机严重制约人类自身发展与进步的情况下,新能源汽车产业飞速发展,成为人类平衡社会发展与能源环境的重要产物,其中,电动汽车作为新能源汽车的代表,以一种区别于传统汽车的全新姿态呈现在人们面前,它能够最大化的实现汽车环境效益,电动汽车必将成为未来交通运输与载运的重要组成部分,但它也面临着诸多全新的问题,比如车载电压安全问题、续航里程问题、充电时间问题、基础设施建设问题等等,这些问题成为了制约电动汽车发展的阻力因素,影响电动汽车的普及,这其中续航里程问题是电动汽车始终面临的核心问题和技术瓶颈。基于以上问题的提出,本论文开展以下几个方面的研究工作:
  (1)实验研究新型动力电池,实验制备了石墨烯电极材料,并对其进行了改性制各。利用XRD、BET、SEM分析测试手段,结合电化学工作性能测试,研究其结构与性能情况,实验制得了具有骨架结构的石墨烯电极材料,电化学测试结果显示该类材料具有优异的电化学性能,同时,石墨烯电极材料具有广阔的改性空间,说明其具有成为下一个纯电动汽车动力电池的巨大潜力。
  (2)对电池管理系统进行优化控制研究,采用软件模拟手段对重要的电池管理系统进行了模拟分析,在电池热控制方面提出了对冷却系统进行结构模拟的优化控制,在理想状态下,发现Z型结构设置更有利于热扰动,同时对联合液体冷却与电热冷却系统的冷却效果进行了模拟,发现该改进结构的可将温度降至291K,能够对电池系统进行良好的热移。
  (3)结合文献梳理与实验与模拟数据分析,基于电池方面的研究结果,借鉴“开源节流”的普适思想,提出了以新型石墨烯电池为动力电池,采用先进的电池管理控制结构,以实现动力能源最大供给;结合能量回收技术、智能系统控制及良好操作习惯等手段最大程度上实现能量节约与高效转化,即在能量供给与消耗两侧加以控制,从而获得提高纯电动汽车续航里程的具体方案。为有新能源汽车参与的交通道路运输体系的发展提供参考。
[硕士论文] 王超
木材科学与技术 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:能量储存的快速发展突出了对多孔碳电极材料的制备及其电化学行为研究的关注。利用自然界中易得的固体碳源来制备多孔碳材料并将其用于电化学储能是重要的研究工作。本研究探讨了利用天然材料通过高温过程来制优异的多孔碳材料,并对其进行了电化学储能相关的性能测试。研究了生物质类碳源高温衍生多孔碳和石墨固态碳源制备石墨烯:
  (1)联合使用水热碳化和高温热解法利用猕猴桃天然结构衍生了三维叠片交联多孔碳气凝胶材料,将该材料用作超级电容器电极和锂离子电池负极,并研究了其电化学电容和储锂性能。其中在800℃获得的碳材料表现了最优的锂离子存储性能,其在100mA g-1的充放电速率下比容量高达504.8mAh g-1。同样800℃获得的碳材料表现了最优的电容性能,在0.5A g-1的电流密度下比电容值高达337.4F g-1。
  (2)以西红柿为原料,利用其细胞结构将化学活化剂均匀的引入到原料的各个组织结构中,再通过高温活化过程制备了分级多孔碳。该材料碳含量高达97.7%,电导率为195S m-1,比表面积为863.6m2g-1。同时该材料中有1.2%的天然氮掺杂量。将该材料作为超级电容器的电极表现了优异的电化学性能。在电流密度为0.5A g-1时,其比电容为347.4F g-1。进一步组装了柔性超级电容器,并通过弯曲、折叠、跌落、红外温度实验测试了设备的安全可靠性。
  (3)以植物中两种含量丰富的微纳单元(木质素和纤维素)为原料,通过自下而上的方法构筑了木质素气凝胶宏观体。在此基础上将其高温碳化为多孔碳材料,并用于超级电容器电极。材料表现了优异的电容性能,在1Ag-1时比电容值为221.9F g-1。
  (4)通过相对绿色的碱热法对天然石墨进行剥离,制备了少缺陷的少层石墨烯。通过从头算分子动力学模拟及电子显微镜等表征技术分析和阐述了碱热法对于石墨的剥离机理。进一步将获得的石墨烯制备成了微型超级电容和表皮传感器。
[硕士论文] 李明昊
物理电子学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,SOFC)是一种将化学能直接转换为电能的发电装置,以其高效率、低污染、低成本等特点备受关注.阴极材料是SOFC重要构件之一,能够增加氧还原反应的三相界面,提高电极的催化活性,开发具有高催化活性的阴极以提高SOFC的输出性能是人们一直追求的目标.本论文制备了Ta掺杂的SrCo1-xTaxO3-δ(SCTO)阴极材料并研究了其电化学性能.为进一步促进SCTO的电催化性能,制备了Pr6O11复合的SCTO-PO复合阴极材料,并研究了这种复合阴极材料的电化学性能及Pr6O11对阴极性能的影响.
  本文采用固相法制备SrCo1-xTaxO3-δ(x=0-0.3)阴极材料.结果表明,SrCo1-xTaxO3-δ阴极粉体经过1100℃烧结10小时,形成单相的立方钙钛矿结构,并且随着Ta掺杂量的增加,晶胞体积逐渐变大.当Ta掺杂量为x=0.1,1050℃烧结4小时制成的半电池极化阻抗(Rp)最小,在800℃时Rp约为0.0499Ω·cm2,其电解质支撑的单电池在800℃时的阻抗为0.2704Ω·cm2,最大功率密度为259.34mW/cm2.
  为了进一步提高SrCo0.9Ta0.1O3-δ(SCTO)阴极的催化活性,分别采用机械混合法和离子浸渍法将Pr6O11(PO)与SCTO复合,制得SCTO-PO复合阴极材料.结果表明,机械混合法制备的SCTO-PO复合阴极经过850℃烧结2小时,SrCo0.9Ta0.1O3-δ和Pr6O11没有发生化学反应,表示两者之间化学兼容性较好.而且,当Pr6O11的含量为30%时,SCTO-PO复合阴极的Rp最小,其在800℃时约为0.2061Ω·cm2,其电解质支撑的单电池的输出功率为440.65mW/cm2;而采用离子浸渍法制备的SCTO-PO复合阴极,具有更优的电化学性能.相应含量的Pr6O11的阴极,其Rp值仅为0.0113Ω·cm2其单电池的输出功率高达719.285mW/cm2.这比单相阴极SrCo0.9Ta0.1O3-δ的性能(Rp为0.4373Ω·cm2;单电池输出功率为259.34mW/cm2)提高很多,表明SCTO-PO复合材料是一种很有潜力的阴极材料.
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

万方选题

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部