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直接甲醇燃料电池关键材料的表面改性及其研究进展

何璧 , 聂明 , 李庆 , 刘晓卫 , 杜胜娟 , 周倩 , 廖羽佳 , 王宏煜 , 袁宇 , 刘其阳 , 李欢 , 唐彬彬

表面技术

直接甲醇燃料电池( DMFC)由于结构简单、能量密度大、无污染等优点，已经成为近年来国内外研究的热点之一。简要介绍了直接甲醇燃料电池的原理，重点概述了阳极催化剂和电解质膜这两个决定电池性能的关键材料的表面改性及其研究进展。介绍了提高直接甲醇燃料电池阳极催化剂催化活性的各种改性技术，如通过离子溅射法、分子束法等传统物理方法对电极表面进行修饰，在电极材料中掺杂对甲醇催化活性较好的纳米材料等。此外，还介绍了基于降低甲醇渗透率的Nafion膜改进技术，如通过等离子蚀刻法等物理手段对膜表面进行改性，掺杂阻醇性能较好的无机化合物等。并介绍了几种具有应用前景的新型替代膜，如接枝膜、共混膜等。最后对直接甲醇燃料电池的发展应用进行了展望。

关键词: 表面改性 , 阳极催化剂 , 质子交换膜 , 直接甲醇燃料电池

一种结合均相和非均相催化剂优势的聚乙炔纳米颗粒负载的钯（II）催化剂

李欢 , 陈光需 , Paul N.Duchesne , 张鹏 , 代燕 , 杨华艳 , 吴炳辉 , 刘圣洁 , 许潮发 , 郑南峰

催化学报 doi:10.1016/S1872-2067(15)60930-5

负载型的金属催化剂虽然分离方便，但在反应活性、选择性以及催化剂的结构表征方面均明显不如相应的均相催化剂。将均相催化剂通过不同的化学键固载于高比表面积载体是实现均相催化剂多相化的重要途径，这样可使催化剂兼具均相和多相催化剂的优势。然而要将均相催化剂锚定于特定载体上，通常涉及较为复杂的合成反应，对载体也有严格的要求。因而该法仅仅适用于实验室研究，难以实现规模生产。因此，提供一种简便有效地制备兼具均相和多相催化剂优势的催化剂合成方法非常必要。本文报道一种简便的制备聚乙炔纳米颗粒负载Pd(II)催化剂(NP-Pd(II))的方法，所制催化剂在水相中的Suzuki-Miyaura偶联反应中表现出极高的活性，同时具有便于分离、容易放大制备的特点。在室温下，将乙炔气通入PdCl42-的水溶液中迅速变得浑浊，静置后容器底部有棕色沉淀，同时溶液变为无色透明。固体产物使用水、乙醇等溶剂进行洗涤；干燥之后收集既得聚乙炔纳米颗粒负载的Pd(II)催化剂NP-Pd(II)。使用透射电子显微镜、红外(IR)及拉曼吸收光谱、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及X射线吸收光谱(EXAFS)等手段对NP-Pd(II)进行了详细表征。结果显示，在NP-Pd(II)中Pd并非以Pd纳米颗粒形式存在； XRD中没有未Pd纳米晶的特征衍射峰。 IR等表征证明乙炔在Pd的催化作用下发生聚合作用，生成了聚乙炔。 EXAFS结果表明， Pd分别和氯原子以及C=C双键进行配位；同时，没有观察到Pd–Pd键的生成，进一步证明了Pd未被还原为Pd纳米颗粒。 XPS也印证了Pd(II)的价态。形貌上， NP-Pd(II)为直径2–3nm的颗粒，其中的Pd原子均匀分散于聚乙炔纳米颗粒上，使其在反应过程中能够充分地与底物接触，从而在Suzuki-Miyaura偶联反应中表现出极高的活性。更重要的是，由于“憎水效应”， NP-Pd(II)在溶液中以微米级的聚集体形式存在，因而反应后通过离心或者静置从反应体系中分离出来。因此，在NP-Pd(II)催化剂中，每个Pd原子都是潜在的活性中心，这与典型的均相催化剂相似；同时，其独特的形貌使其具备了多相催化剂便于分离的特点。因此， NP-Pd(II)是一种兼具均相和多相催化剂优点的催化剂且其催化剂的制备方法极为简便。乙炔是常用的工业气体，溶剂采用水，制备在室温下即可完成，我们也成功地制备出克级规模的高活性、稳定性的NP-Pd(II)催化剂。

关键词: Suzuki偶联 , 乙炔 , 钯配合物 , 水性反应

超临界二氧化碳中功能化聚乙二醇稳定的钯纳米粒子催化醇的选择氧化反应

汪向锐 , 冯博 , 杨汉民 , 侯震山 , 赵秀阁 , 胡玉 , 乔云香 , 李欢 , 潘珍燕

催化学报

以超临界二氧化碳(scCO_2)/聚乙二醇(PEG)两相为反应介质,双齿氮配体功能化聚乙二醇稳定的Pd纳米颗粒作为催化剂,进行了醇的需氧氧化反应.系统研究了催化剂制备条件和反应条件对苯甲醇需氧氧化反应的影响.结果表明,以氢气为还原剂制备的Pd纳米粒子的催化活性最高.反应结束后,可以利用seCO_2直接进行原位萃取得到产物,实现了催化剂与产物的有效分离和催化剂的循环使用.反应中没有检测剑钯的流失.催化剂经过5次循环利用后转化率仍可达98%.

关键词: 超临界二氧化碳 , 聚乙二醇 , 醇 , 需氧氧化反应 , 钯纳米粒子

铜催化氧化反应对交联聚乙烯电缆绝缘聚集态结构和性能的影响

申作家 , 罗智奕 , 詹威鹏 , 陈腾彪 , 褚学来 , 李欢 , 张旭 , 李建英

绝缘材料 doi:10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2016.08.012

对交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行加速热氧老化,并在老化过程中揭示了富铜相杂质的存在.通过金相显微镜、扫描电子显微镜、差示扫描量热分析等手段研究了热氧老化过程中富铜相杂质对XLPE聚集态结构的影响,通过工频击穿实验研究了热氧老化过程中富铜相杂质对XLPE电气强度的影响.结果表明:富铜相杂质会引发XLPE球晶结构的加速破坏以及结晶度的加速下降,同时在XLPE绝缘的无定形区中观察到一些起源于富铜相杂质的树枝状裂纹,标志着XLPE绝缘中自由体积的增大.富铜相杂质还会导致XLPE绝缘工频电气强度的加速下降.富钢相杂质对XLPE绝缘聚集态结构和性能的影响主要是由于铜在氧化反应中起到催化剂的作用,导致氧化反应加速,造成XLPE的劣化加剧.氧化诱导期的测量结果表明,铜催化氧化反应只在XLPE中抗氧化剂被完全消耗后才会发生.

关键词: XLPE , 热氧老化 , 铜催化氧化 , 聚集态结构 , 氧化诱导期

喷丸强化对新型7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

李鹏 , 刘道新 , 关艳英 , 成书民 , 赵远兴 , 曹亮 , 李欢

机械工程材料

对7055-T7751新型铝合金表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理,采用X射线衍射仪、表面轮廓仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等研究了喷丸强度、喷丸覆盖率等工艺参数对铝合金表面残余应力场、表面粗糙度、表面损伤及表面加工硬化和疲劳性能的影响.结果表明:优化工艺参数下的喷丸强化能够显著提高该铝合金的疲劳性能,并不是喷丸强度或喷丸覆盖率越高强化效果越好,而是存在合理的喷丸强化参数范围,在优化条件下铝合金可以获得良好的综合表面完整性,疲劳断裂抗力最高;确定的优喷丸参数为喷丸强度0.15 mm,覆盖率100％,以此参数强化处理的7055-T7751铝合金的疲劳寿命是基材的2.7倍.

关键词: 7055-T7751铝合金 , 喷丸强化 , 疲劳性能

热老化对交联聚乙烯电缆绝缘理化结构的影响

徐俊 , 王晓东 , 欧阳本红 , 李巍巍 , 景钰 , 李欢 , 李建英

绝缘材料

按照XLPE电缆热老化过程中绝缘材料理化结构的变化规律，对不同老化程度的电缆绝缘材料的热裂解活化能、结晶形态、分子结构进行分析。结果表明：不同温度热老化过程中羰基指数均随着老化时间的增加而增大；低温热老化有利于XLPE结晶形态的完善，XLPE活化能有所升高，高温热老化对XLPE结晶形态有显著的破坏作用，XLPE活化能成指数规律下降。电缆绝缘材料在热老化热裂解的同时也发生后交联，低温热老化电缆绝缘材料后交联作用占主导地位，而高温热老化电缆绝缘材料热裂解为主要因素。

关键词: 交联聚乙烯 , 热老化 , 理化结构

纳米氧化镁/环氧树脂复合电介质高温介电响应特性的研究

肖异瑶 , 周求宽 , 晏年平 , 王子悦 , 武康宁 , 李欢 , 李建英

绝缘材料 doi:10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2017.04.008

针对纳米氧化镁/环氧树脂复合电介质的高温介电响应特性展开研究,测试了其热失重曲线和在120~200℃的宽频介电谱.实验结果表明:复合介质的最大热失重速率随着纳米氧化镁掺杂量的增加先上升后下降,并在掺杂量为2%时达到最大值;复合介质工频下的相对介电常数随掺杂量的变化规律与最大热失重速率类似,并在不同的温度区间出现了两个松弛过程,分别对应热离子极化导致的δ松弛和偶极子转向极化导致的α松弛.通过模量谱计算发现,掺杂0.1%的纳米氧化镁导致载流子跃迁的平均势垒升高,随着掺杂量的进一步增加,平均势垒开始降低;而转向极化的活化能则在掺杂量为2%时达到最低.纳米粒子和环氧树脂基体之间形成的交互区是影响高温介电性能的主要原因.

关键词: 纳米氧化镁 , 环氧树脂 , 热失重特性 , 高温介电响应 , 复合电介质

Optimized preparation of zinc-inorganic antibacterial material containing samariumusing response surface methodology

毛翠萍 , 张彬 , 唐晓宁 , 李欢 , 何素琼

稀土学报(英文版) doi:10.1016/S1002-0721(14)60161-7

关键词:

银-钬抗菌白炭黑的合成

张定 , 张彬 , 唐晓宁 , 王兴帅 , 司甜 , 李欢

硅酸盐通报

本研究采用溶胶-凝胶法合成了一种新型无机抗菌材料-银-钬抗菌白炭黑.与只含有银的抗菌白炭黑相比,这种新型抗菌材料具有更显著的杀菌效果.其对大肠杆菌的杀菌率能达99％以上.通过研究银离子浓度、钬离子浓度和反应时间对杀菌率的影响,得到较理想的制备条件是,银离子浓度0.09 mol·L-1,钬离子浓度0.003 mol·L-1,反应时间2.5h.通过对FTIR图谱的分析,可知银离子和钬离子的添加几乎未改变白炭黑的结构.另外XRD图谱显示该材料为无定形态.

关键词: 无机抗菌材料 , 银 , 钬 , 白炭黑

含稀土铈载铜无机抗菌材料的制备与研究

张楠 , 张彬 , 唐晓宁 , 陈于芝 , 孙洪梅 , 李欢

硅酸盐通报

在水玻璃-碳酸氢钠体系中采用溶胶-凝胶法制备出含稀土元素铈的铜型无机抗菌材料,采用分散性好,比表面积大的白炭黑作为载体,通过控制单因素变量的实验方法得到较佳的制备条件.使用激光粒度分析仪、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)表征样品的粒径、分子基团和结构形态,并通过抗菌实验检测样品的抗菌性能.粒度测定表明,制备条件为反应时间1.5h、铜离子浓度0.05 mol·L-1、铈离子浓度0.005 mol·L-1时,样品分散性较好,粒径较小;FT-IR分析表明添加铜离子和铈离子后,样品的主要特征基团振动频率与纯白炭黑的相似,说明载体白炭黑的原有性质没有发生重大改变;XRD分析表明样品与纯白炭黑结构类似,均为无定形态;抗菌实验表明样品对大肠杆菌具有较佳的抑菌效果,抗菌率可达到98.9％.与传统无机抗菌材料相比,这种无机抗菌材料在一定程度上具有更广的发展前景.

关键词: 无机抗菌材料 , 铜 , 铈 , 白炭黑 , 载体