MXene/磷化钴复合材料电催化制氢性能研究

针对传统电催化剂材料导电性差、活性位点易堵塞等问题,采用高导电性和优异亲水性的二维碳化钛钒(MXene)作为催化剂负载基底,在此基础上与具有高比表面积的金属有机框架衍生的磷化钴结合制备电解水制氢阴极材料。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、密度泛函理论计算(DFT)和电化学测试等手段,研究了复合电极材料的晶体结构、表面形貌特征、活性位点电子结构和电化学特性。结果表明,有机配体中的碳氮元素能有效调节电极材料中活性位点的电子结构,从而改善吸脱附动力学条件;二维MXene进一步降低了电极材料电荷转移电阻,所制备的催化剂在10 mA/cm²电流密度时仅需要114 mV的过电位,且长时间工作后依然保持稳定。研究结果为制备高性能非贵金属析氢催化剂提供了参考和思路。     

铁元素对镍基Ni-S合金涂层电极析氢性能的影响

采用电沉积法在制备Ni-S合金涂层电极的基础上,向镀液中添加硫酸亚铁,在镍箔表面制备Ni-Fe-S三元合金镀层,利用扫描电镜和X射线衍射仪研究涂层的形貌和物相,利用X射线光电子能谱分析涂层的元素价态,用电化学工作站测试涂层电极在氢氧化钾电解质中的电催化析氢性能和耐蚀性能,并与Ni-S合金涂层电极进行对比。结果表明,Ni-Fe-S涂层电极表面由许多瘤状突起构成;Fe元素的加入提高了合金涂层的非晶度和对碱性电解质的耐蚀性;与Ni-S合金涂层电极相比,Ni-Fe-S涂层电极的析氢过电位降低128 mV(36.6%),表明电极对氢的析出反应具有较高催化活性。     

高熵合金与非晶合金柔性材料

高熵合金与非晶合金作为新一代金属材料,具备许多优异的物理、化学及力学性能,在柔性电子领域展现出巨大的应用潜力。传统的块体高熵合金与非晶合金虽然性能优异,但由于材料本身的刚性特点无法满足可变形电子设备的柔性需求,因此需要通过一定方式如降低维度、设计微结构等赋予其柔性特征。在简述高熵合金柔性纤维的力学性能特点的基础上,介绍了高熵合金薄膜作为潜在柔性材料的制备方式与结构性能特点,总结了非晶合金薄膜应用于电子皮肤、柔性电极、微结构制作等柔性电子领域中的最新进展,最后讨论了现有工作的不足之处并对未来柔性电子的发展前景进行了展望。      

新技术与新成果

20 0 1 0 9　沈阳恒宇光电材料有限公司研制出纳米级ITO超细粉末氧化铟锡混合物 (ITO)是二十世纪末、二十一世纪初最重要的新材料。在液晶显示器中 ,它用作透明电极。因此 ,被广泛地用于笔记本电脑、移动电话、汽车导航仪中。为了制备液晶显示器中的透明电极 ,必须先把ITO粉末制成靶材 ,然后再用真空溅射的方法做成ITO透明电极。决定透明电极质量的关键因素是ITO靶材的相对密度。相对密度越高 ,制得的透明电极质量越好。而决定 ITO靶材相对密度的关键参数则是它的原料 ITO超细粉末的平均粒径。ITO粉末的平均粒径越细 ,制得的 ITO…     

新型室温熔盐电化学提取稀土金属Sm及其过程机制

针对传统室温熔盐价格昂贵、粘度大、电化学稳定性差等缺点，将Li NO₃引入高沸点有机溶剂1,3-二甲基-2-咪唑啉(DMI)中制备了一种新型阳离子溶剂化型室温熔盐([Li(DMI)_n]⁺[NO₃]^-)体系，具有电化学稳定性高、价格低廉等优点。研究了以上游廉价Sm Cl₃为原料从该新型溶剂化介质电沉积稀土金属钐(Sm)过程的若干物理化学问题。⁷Li核磁共振(NMR)技术证实Li⁺是以溶剂化阳离子([Li(DMI)_n]⁺)形式存在，二元DMI-Li NO₃体系可视作溶剂化介质。采用循环伏安(CV)技术研究了电沉积金属钐过程的电极反应机制，金属Sm的沉积是两步得电子还原过程；通过恒电位法制备了稀土金属Sm并通过扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)技术对沉积镀层进行了形貌和元素分析。提出一种溶剂冶金新技术路线，可为低碳、低成本常温电...     

铂钛电极制备方法研究进展

铂钛电极具有密度低、强度高、耐腐蚀、导电性能好、催化活性高等优点,已经被大量用于航空航天、船舶、电解、化工等领域。综述了铂钛电极的主要制备方法,包括机械加工、爆炸复合、化学气相沉积、物理气相沉积、电阻焊接、化学镀以及水溶液电镀。介绍了这些制备方法的基本原理、过程和适用范围,以及采用这些方法制备的铂钛电极的特点。铂层组织结构以及铂层与钛基体界面结构的调控仍是制备铂钛电极需要研究的重点。     

聚苯胺包覆硒化镍的制备与析氢性能

采用水热和电化学沉积两步法制备泡沫镍(NF)负载的聚苯胺(PANI)包覆硒化镍(NiSe)析氢电极(PANI/Ni Se/NF),利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)以及电化学测试等手段对材料进行形貌、组成及电化学性能表征。结果表明,以氯化镍为镍源,用水热法可制备出泡沫镍负载的针状Ni Se,使用导电聚合物聚苯胺包覆不改变其形貌。PANI/Ni Se/NF电极的双电层电容为12 560μF/cm~2,大于NiSe/NF电极的9 200μF/cm~2,拥有更大的电化学活性面积,其析氢起始过电位比未包覆时降低了58 mV,Tafel斜率为133 mV/dec。电流密度为10 mA/cm~2时,PANI/Ni Se/NF电极的析氢过电位为203 mV,展示出优异的析氢催化活性。导电聚合物PANI的包覆不仅可提高硒化镍电极的析氢活性,而且可减小电荷转移电阻,加快电荷转移速率,并显著提高电极稳定性。     

电沉积法制备自支撑Ni-Sn-B电极的显微结构与电催化析氢性能

为开发高效稳定的析氢电催化剂,采用恒电流电沉积法在镍网基底上制备自支撑的Ni-Sn-B析氢电极,通过扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪和电化学工作站等对电极的形貌结构、元素组成与电催化析氢性能进行表征和测试。结果表明,Ni-Sn-B电极表面由粗糙的胞状颗粒紧密堆积而成,具有非晶态特征结构。在碱性电解质中,Ni-Sn-B电极表现出优异的催化析氢活性和稳定性,在10m A/cm²电流密度下过电位仅为63 mV,比Ni-Sn和Ni-B电极的过电位分别降低38.2%和59.1%。电极的电荷转移电阻为1.56Ω,经过5 000次CV循环和72 h电解后,仍保持非常高的析氢活性。粗糙的表面形貌及非晶态结构使电极的电化学活性表面积和催化活性位点显著增加,同时B和Sn对Ni电子结构的调控,可有效降低电荷转移阻力,从而提升电极的电催化析氢性能。     

电沉积Ni-Mo-C合金电极析氢机理的研究

采用电沉积法在纯铜表面制备Ni-Mo-C合金电极材料,采用线性伏安扫描法(LSV)、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法对Ni-Mo-C合金在1 mol/L NaOH溶液中的析氢机理进行研究。结果表明:Ni-Mo-C电极表面发生的析氢反应(HER)是分步进行的,即H_(ads)的吸附和脱附,两步反应均为受扩散控制的不可逆反应;C元素可通过抑制H_(ads)的吸附,增强电极对H_(ads)的脱附能力,进而提高合金的析氢性能;高电极电位下,Mo会与Ni发生协同效应,增强合金的析氢性能。     

六硼化镧单晶阴极的电弧熔制法

LaB_6的单晶在扫描电子显微(钅井)和扫描传送电子显微(钅井)中,用来做电子发射阴极。其制备过程是:用一根压制 LaB_6粉末制成的棒,当一根电极固定在一个电极夹里,棒的一端是活动的,电极夹与一个直流电源的阳极相连接通电,在惰性气氛中,棒的活动的一端和第二个电极之间激发电弧,该第二个电极与电源的阴极相连接通电。     

硬质合金表面类金刚石涂层的研究进展

涂层刀具结合了基体高强度高韧性以及涂层高硬度高耐磨性的特点,可以提高刀具寿命和加工效率。类金刚石薄膜(DLC)是由无序sp3键、sp2键、sp1键配位碳原子混合而成,具有一系列与金刚石膜相类似的性能(如热导率高,热膨胀系数小,化学稳定性好,硬度和弹性模量高,耐磨性好及摩擦系数低等)以及优异的耐摩擦性能和自润滑特性,因此成为高速钢和硬质合金刀具理想的表面改性膜。DLC薄膜起源于20世纪70年代,其沉积方法主要有物理气相沉积法(包括磁控溅射沉积、离子束沉积、脉冲激光沉积)和化学气相沉积法,近几年还发展了液相电化学沉积法。其表征方法主要有拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)等。DLC薄膜的研究开发应用过程中存在两个主要问题:一是膜基结合力差;二是热稳定性差,这极大降低了工具的使用寿命。改变工艺参数、掺杂、制备中间过渡层、酸蚀法、机械处理等可以提高DLC膜的膜基结合力;元素掺杂以及制备具有高sp3含量无氢的DLC薄膜可以提高薄膜的热稳定性。另外液相电沉积法制备DLC膜性能优异,在保证高膜基结合力的同时具有优异的热稳定性。随着薄膜制备技术的成熟,制备热稳定性好,sp3含量高同时内应力低,满足刀具材料的使用要求的DLC薄膜是可以期待的。     

纳米TiO_2电子传输层制备方法及其钙钛矿太阳能电池性能

采用旋涂法(SC)、原子层沉积(ALD)和磁控溅射(MS)3种方法制备二氧化钛(TiO_2)致密籽晶层并生长TiO_2纳米柱层(TiO_2 nanorod layer),研究了由TiO_2致密层(TiO_2 compact layer)和TiO_2纳米柱层组成的纳米TiO_2层(nano-TiO_2 layer)的形貌结构及其作为电子传输层(ETL)对钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对制备的纳米TiO_2层的结构、形貌进行了表征。研究发现采用磁控溅射制备的TiO_2籽晶层的表面粗糙度最大,为26.6 nm,有利于生长TiO_2纳米柱层,生长的金红石型晶体结构的TiO_2纳米柱具有最好的结晶性。采用紫外可见吸收光谱(ultravioletvisible absorption spectroscopy)对掺氟的SnO_2透明导电玻璃(FTO)/纳米TiO_2层/钙钛矿层结构的光吸收性能进行分析。采用电流-电压曲线(I-V曲线)对不同纳米TiO_2层的钙钛矿太阳能电池性能进行了测试分析。结果表明,与旋涂法、原子层沉积方法相比,采用磁控溅射制备的纳米TiO_2层作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池具有最佳的转换效率。     

超重力方向调节电沉积镍箔表面形貌和力学性能

在电场方向与超重力方向相同和相反条件下电沉积制备金属镍箔.利用扫描电镜和原子力显微镜对镍箔表面形貌和粗糙度进行了表征, 并测试和对比了各种重力条件下电沉积镍箔硬度和拉伸强度.结果表明, 在超重力场作用下电沉积镍箔表面变得更加致密、平整, 晶粒细化, 粗糙度明显降低.特别是, 当超重力与电场方向相反(电极C)时, 镍箔表面更为平整致密.当超重力方向和电场方向相同(电极B)时, 镍箔的HV硬度可达839, 抗拉强度可达944 MPa, 性能优于电极C镍箔片, 且远高于常重力条件下电沉积镍箔HV硬度的294和抗拉强度298 MPa.      

金属电解沉积过程中的能量效率

考察金属电解沉积所需电能的各个组成部分。评论了节省能量的各种措施,其中包括使用具有低的氧超电压和尺寸稳定阳极(DSA)。将其作为电极反应电化学参数、电解质离子电阻率和电极内电子电阻率的函数,来计算平行电极上的电流密度分布。在铜电解沉积系统中,采用(DSA)阳极,从实验上证明了数学模型的正确性。使用尺寸稳定阳极所取得的能量节省,表明它主要受阳极基底内阻的影响。而动力学参数变化的影响则是次要的。     

乙酰胺-尿素- NaBr熔体中电沉积Gd-Mg-Ni合金的研究

RE-Mg-Ni系三元合金是AB3型新型储氢材料.研究了在乙酰胺-尿素- NaBr熔体中(353K)电沉积制备该合金的可行性.循环伏安法研究证实,该熔体中,Gd(Ⅲ)、Mg(Ⅱ)在Pt、Cu电极上不能单独沉积,但可以被铁族Ni(Ⅱ)诱导共沉积.在Cu基体上由恒电位电解法成功的沉积出Gd-Mg-Ni合金膜,合金膜中Gd和Mg的含量随电解电位、时间及Gd(Ⅲ)/Mg(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)摩尔比的变化而变化.实验同时研究了Ni(Ⅱ)在Pt、Cu电极上的电化学行为,表明其还原为一步完全不可逆反应,并测得其传递系数α和扩散系数Do.     

氮掺杂碳纳米纤维网/炭纸有序化气体扩散电极的制备及其氧还原性能

以自制炭纸为基体,在其表面电化学合成聚苯胺纳米纤维网涂层,经过热处理后得到氮掺杂碳纳米纤维网/炭纸有序化气体扩散电极。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)表征材料的形貌与结构特征,采用循环伏安法、线性扫描伏安法和交流阻抗谱研究材料的氧还原催化性能。结果表明,当n(苯胺单体)/n(盐酸)为0.4时,得到均匀、连续的网状聚苯胺纳米纤维网涂层,其结构在热处理后得到有效保留。与传统涂覆法制备的氮掺杂碳纤维/炭纸复合电极相比,有序化电极的氧还原性能更佳,欧姆阻抗和扩散阻抗更小。在O_2饱和的浓度为0.1 mol/L的KOH水溶液中,有序化电极的氧还原电流密度达到0.76 m A/cm~2,是传统电极的1.6倍。     

电沉积制备Ni-Fe/TiO2复合电极及其析氢催化性能

通过电沉积的方法制备了Ni-Fe/TiO_2复合电极,采用阴极极化曲线和电化学阻抗谱的方法对电极的析氢催化性能进行了分析。结果表明:Ni-Fe/TiO_2复合电极的析氢催化性能优于Ni-Fe合金电极,TiO_2微粒作为第二相粒子可以增大电极的比表面积;Ti原子可以与H形成Ti-H_(ads)氢键,加快H_(ads)生成;TiO_2微粒可与Ni-Fe合金形成H_(ads)的复合脱附效应,使电极的析氢催化性能得到提高。随着镀液中TiO_2微粒添加量的增大,电极的析氢催化性能先增强后减弱。     

ZnS/AuNPs/ITO修饰电极电化学发光法测定水中痕量铜

针对常规方法测定痕量铜有操作繁琐、灵敏度低等问题,建立了采用ZnS/AuNPs/氧化铟锡(ITO)玻璃电极电化学发光法测定痕量铜的新方法。在ITO玻璃表面,用电化学沉积法沉积AuNPs和ZnS,制备了ZnS/AuNPs/ITO电极。考察了该修饰电极的光、电化学行为,并对制备条件进行了优化。结果表明,Cu²⁺能够抑制以AuNPs为载体、ZnS为发光物质的修饰电极电化学发光,相对电化学发光值与Cu²⁺浓度的对数值在1×10^-11~5×10^-8 mol/L范围内呈线性关系,检出限为0.52×10^-11 mol/L。方法用于水样中痕量铜的测定,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)不大于1.3%,回收率在97%~105%之间;并与电感耦合等离子体质谱法测定结果基本一致。     

高活性复合多孔泡沫NiZn合金电极的制备与表征

采用电沉积、热处理与HCl腐蚀相结合的方法制备了具有纳米孔隙结构的复合多孔泡沫NiZn合金电极,用扫描电子显微镜(SEM)观测了电极的表面形貌,用能谱分析(EDS)研究了电极成分,采用氮吸附法对比了电极的比表面积和孔径,用X射线衍射(XRD)分析了电极相组成,用阴极极化曲线研究了在30%KOH(质量分数)溶液中电极的析氢电催化性能。结果表明,经600℃热处理后,泡沫NiZn合金电极形成孔隙结构,通过10%HCl进行腐蚀,在合金孔隙骨架表面形成纳米层状结构。与泡沫镍电极相比,泡沫NiZn合金电极比表面积更大,且纳米材料具有良好的催化活性,在电流密度200mA·dm-~(2)时,600℃处理后和HCl处理后的泡沫NiZn合金电极析氢过电位分别降低了222,276mV,说明该复合多孔泡沫合金电极可以显著降低析氢过电位,提高电极的析氢活性。     

Gd2O3-HfO2栅介质薄膜的外延制备及Ge-MOS电学特性分析

以Gd2O3-HfO2( GDH)固溶氧化物作为靶材,采用脉冲激光沉积技术(PLD)在Ge(100)衬底上制备了GDH高k栅介质外延薄膜,其外延生长方式为“cube-on-cube”,GDH薄膜与Ge(100)衬底的取向关系为(100)GDH∥(100)Ge和[110] GDH∥[110]Ge.通过反射式高能电子衍射(RHEED)技术研究了激光烧蚀能量和薄膜沉积温度对薄膜晶体结构的影响,分析了二者与薄膜的取向关系,激光烧蚀能量对薄膜取向影响更为显著.得到较优的GDH外延薄膜沉积工艺为:激光烧蚀能量为3 J·cm-2、薄膜的沉积温度为600℃.用磁控溅射制备了Au/Ti顶电极和Al背电极,其中圆形的Au/Ti电极通过掩膜方法获得,直径为50μm.采用Keithley 4200半导体测试仪对所制备Au/Ti/GDH/Ge/Al 堆栈结构的Ge-MOS原型电容器进行电学特性分析,测试条件为:I-E测试的电场强度0～6MV·cm-1,C-V测试的频率300 kHz～1 MHz,结果表明,厚度为5nm的GDH薄膜具备良好介电性能:k-28,EOT ～0.49 nm,适于22 nm及以下技术节点集成电路的应用.