一种测量石蜡相变乳液过冷度的新方法：平衡态比容法

石蜡相变乳液是集储热与传热于一体的新型功能流体,具有广阔的应用前景。但石蜡相变乳液在降温时会出现过冷现象,极大降低了其储热与传热的性能。采用差示扫描量热法（DSC）测量石蜡相变乳液的过冷度受到升/降温速率的影响,且升/降温速率越大,测得过冷度越大。提出一种测量石蜡相变乳液过冷度的方法——平衡态比容法。该方法通过测量石蜡相变乳液在不同温度下的比容,以确定乳液中石蜡粒子在升/降温过程中的相变温度,并进一步求解石蜡相变乳液的过冷度。实验结果表明,本研究提出的平衡态比容法能准确测量石蜡相变乳液的过冷度,并从比容变化的角度揭示石蜡相变乳液过冷现象的机理。     

一种测量石蜡相变乳液过冷度的新方法:平衡态比容法

石蜡相变乳液是集储热与传热于一体的新型功能流体,具有广阔的应用前景。但石蜡相变乳液在降温时会出现过冷现象,极大降低了其储热与传热的性能。采用差示扫描量热法(DSC)测量石蜡相变乳液的过冷度受到升/降温速率的影响,且升/降温速率越大,测得过冷度越大。提出一种测量石蜡相变乳液过冷度的方法——平衡态比容法。该方法通过测量石蜡相变乳液在不同温度下的比容,以确定乳液中石蜡粒子在升/降温过程中的相变温度,并进一步求解石蜡相变乳液的过冷度。实验结果表明,本研究提出的平衡态比容法能准确测量石蜡相变乳液的过冷度,并从比容变化的角度揭示石蜡相变乳液过冷现象的机理。     

载酶海藻酸钙复合微球稳定水包油型Pickering乳液及其强化界面酶催化反应

以疏水改性二氧化钛修饰的载酶海藻酸钙微球（E@Alg@s-TiO₂微球）稳定水包油（O/W）型Pickering乳液用于两相界面酶催化反应。与传统的两相游离酶体系相比,此体系以绿色、温和的方式将酶固定在乳液界面上,并强化了两相界面酶催化反应。研究成果归纳如下：油水比为1∶1.2时,Pickering乳液为O/W型;E@Alg@s-TiO₂微球浓度为3%（质量）时稳定效果最好,脂肪酶的负载量为15.8 mg·g^-1。以三丁酸甘油酯的水解反应为研究对象,该体系对油水体系的界面酶催化反应有很好的强化效果,具有96%转化率并提高酶活力7.8倍。重复使用5个批次能保留80%的酶活力。本研究进一步拓展了载酶海藻酸盐微球稳定的Pickering乳液体系的应用范围,有望为O/W体系的界面生物催化过程提供绿色平台。     

一种可同时用于钠离子和钾离子电池的Bi2S3基负极材料初探

Bi₂S₃是一种有潜力的转换合金化负极材料,它具有较高的首次可逆钠离子充/放电容量567.6m Ah·g^-1/744.2m Ah·g^-1和钾离子充/放电容量464.3m Ah·g^-1/984.5m Ah·g^-1,但稳定性和倍率性能均有待改善。同步进行掺氮碳层包覆(Bi₂S₃@NC)和石墨烯包覆(Bi₂S₃@rGO)实验后,发现NC包覆效果不明显,而rGO在较少容量损失的前提下,大幅改善循环稳定性,经100次循环后分别用于钠离子和钾离子存储均可维持100m Ah·g^-1左右的可逆容量。且倍率性能改善更为明显,2000mA·g^-1时,Bi₂S₃@rGO仍能保持183.9mAh·g^-1的高可逆钠离子存储容量。     

不同镍钴锰比对xLi2MnO3-(1-x)LiMO2正极材料的 结构和电化学性能的影响

以NaOH和NH₃·H₂O为沉淀剂,采用共沉淀法成功合成富锂锰基层状正极材料。通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安法（CV）、电化学阻抗谱（EIS）和充放电测试等研究手段,重点探讨了不同镍钴锰比对富锂锰基层状正极材料的结构、形貌以及电化学性能的影响。其中Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂正极材料结晶度高,粒度分布均匀,无明显团聚现象。在0.1C倍率下首次放电比容量为247.9 mA·h·g^-1,首次库仑效率为75.1%。在1C倍率下首次放电比容量为236.2 mA·h·g^-1,经过50次充放电循环后放电比容量为218.4 mA·h·g^-1,容量保持率为88.3%,展现出较好的循环稳定性。     

氧化钒纳米管的制备及其储锌性能研究

采用水热法制备了氧化钒纳米管，利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜对氧化钒纳米管的晶体结构、微观形貌和微观结构进行了表征。利用蓝电电池测试仪对氧化钒纳米管的储锌性能进行了研究。结果表明，氧化钒纳米管的长度为1μm至数十微米不等，直径约为100～200 nm,管壁厚度约为50 nm;氧化钒纳米管具有多层结构，原子层间距约为2.87 nm。在10 A·g^-1的电流密度下首次放电比容量可达75 mAh·g^-1,比能量可达40 Wh·kg^-1;循环1 000次以后，放电比容量依然有68 mAh·g^-1,相应的比能量为33.6 Wh·kg^-1。     

聚苯乙烯-二氧化硅@十四烷复合纳米相变胶囊的表征及其乳液性能

采用细乳液原位聚合法,研制了以正十四烷(Tet)为芯材、高热导率二氧化硅(SiO₂)改性的聚苯乙烯(PS)为壳层的新型复合纳米相变胶囊蓄冷材料;对复合胶囊形貌、组成以及热物性进行纳米粒度、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、差示扫描量热(DSC)以及热失重(TG)等表征,并测试其乳液的热导率、比热容、黏度及机械稳定性。结果显示:复合相变胶囊平均粒径为64.90 nm,具有规整的球形核壳结构,表面硅含量(质量分数)为3.27%,相变潜热达83.38 J·g^-1,复合壳材对芯材有很好的保护作用;其乳液的热导率及比热容峰值均优于未用SiO₂改性的纳米胶囊乳液,且乳液具有较高机械稳定性和较低黏度,可作为潜在的蓄冷用功能热流体。     

Alg@TiO2微球稳定的Pickering乳液用做防晒乳成分的研究

为了开发一种兼具防晒功能和乳液稳定性的防晒乳配方,设计了一种负载二氧化钛纳米颗粒的海藻酸钙微球（Alg@Ti O₂微球）来稳定Pickering乳液,用作防晒乳成分。考察了油水比和微球含量对Pickering乳液的影响,探究了乳液类型,并进行了长期保存稳定性测试。结果表明,Alg@Ti O₂微球形状为球形,大小为2～6μm;Alg@Ti O₂微球中二氧化钛纳米颗粒含量为43%;微球与油水的三相接触角为120°;当油水比为1∶1,微球含量为3%（w/%）时,稳定的白油/水体系Pickering乳液为油包水型（W/O型）,经100 d室温保存后乳液状态保持稳定。通过紫外吸收实验,和包括市售防晒乳在内的其他3种防晒乳相比,该Pickering乳液具有优异的防晒性能。通过皮肤表面清洗实验,该Pickering乳液具有易清洗的特性。     

珊瑚状氮掺杂多孔碳的制备及其超电容性能

在三聚氰胺为氮源、碳酸钾为活化剂的条件下，由菜籽饼制得了珊瑚状氮掺杂分级多孔碳(CNPCs)。采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、氮吸脱附等表征手段，研究了三聚氰胺的用量对CNPCs微观形貌、组成及孔隙结构的影响。结果表明，当三聚氰胺的用量为2 g时，所得CNPC₂的比表面积达2050 m²·g^-1。以6 mol·L^-1 KOH为电解液，在0.05 A·g^-1的电流密度下，CNPCs的比容可达274 F·g^-1；当电流密度为50 A·g^-1时，CNPCs的比容为169 F·g^-1，显示了优异的倍率性能。经过10000次充放电测试后，比容保持率达96%，展现了良好的循环稳定性。此工作为从生物质大规模生产高性能储能用多孔碳材料提供了一种简单、绿色的方法。     

癸醇-棕榈酸/膨胀石墨低温复合相变材料的制备与性能

为了寻求温度段在2~3℃的低温相变材料,采用低共熔法,以理论计算为基础制备了癸醇-棕榈酸（DA-PA）二元复合相变材料。为提高其热导率,利用膨胀石墨（EG）的多孔特性,制备了最佳质量比为15∶1的DA-PA/EG复合相变材料。通过DSC、步冷曲线、红外光谱测试、SEM、Hot Disk热常数分析、高低温循环实验对复合相变材料的结构和性能进行了研究。实验结果表明,当DA-PA质量比为97.8∶2.2时的低共熔温度为2.9℃,相变潜热为203.6 J·g^-1。真空吸附后DA-PA被均匀地包裹在EG的多孔网状结构中,DA-PA/EG的相变温度为2.7℃,相变潜热为193.9 J·g^-1,热导率为1.416 W·（m·K）^-1,相比DA-PA提高了4.3倍。经过100次高低温循环后,DA-PA/EG仍保持良好的稳定性,在冷链物流中有较大的应用价值。     

Three-dimensional strutted graphene loading manganese oxide for supercapacitor

Graphene has shown superiority for advanced carbon electrodes in supercapacitors, characterized by high power density but limited energy density. Combining pseudocapacitive materials with graphene can alleviate the problem. This work synthesized the three-dimensional strutted graphene (SG) via the ammonium-salt-assisted sugar-blowing method, and the self-supporting MnO₂/SG porous monolith was then constructed via growing manganese oxide (MnO₂) nanorod array on the SG support in hydrothermal process. When tested in supercapacitor, the MnO₂/SG hybrid electrode achieved a high specific capacitance of 343.6 F·g^-1 at a current density of 0.5 A·g^-1, exhibiting excellent cycling stability with 83.8% capacitance retention after 5000 cycles. The symmetric supercapacitor further showed a high energy density of 11.93 W·h·kg^-1 at a power density of 500 W·kg^-1. The impressive result indicates a promising prospect of the excellent MnO₂/SG hybrid to be applied to electrochemical energy storage.     

三维筋撑石墨烯负载氧化锰的超级电容器

石墨烯基超级电容器，其功率密度较高，但能量密度受限。开发以三维石墨烯材料为载体的复合型赝电容多孔电极，是解决方案之一。本文采用铵盐辅助化学发泡法，制备了三维筋撑石墨烯泡沫体（SG）；以SG为载体，采用水热还原法在其表面生长二氧化锰（MnO₂）纳米棒阵列，从而构建了MnO₂/SG自支撑多孔材料。利用MnO₂/SG复合电极，组装了超级电容器，在0.5 A·g^-1的电流密度下，比电容达343.6 F·g^-1；经5000次循环，其容量保持率为83.8%；在500 W·kg^-1的功率密度下，其能量密度达11.93 W·h·kg^-1。因此，MnO₂/SG复合电极是一种性能优异的赝电容材料，在电化学储能领域有良好的应用前景。     

纳米颗粒组装三维Co3O4微米花材料制备及储锂性能研究

通过软模板法(表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)结合后续空气气氛热处理制备出纳米颗粒组装三维Co₃O₄微米花负极材料。研究中采用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安测试(CV)、恒流充放电测试以及交流阻抗测试(EIS)对合成样品进行表征分析。研究结果显示，Co₃O₄微米花材料独特的结构优势赋予其优良的电化学性能，在100 mA·g^-1电流密度下电极具备约920 mA·h·g^-1的循环可逆比容量；在500 mA·g^-1电流密度下循环200次后的循环可逆比容量为757 mA·h·g^-1，容量几乎无衰减。大电流循环性能测试显示，所制备电极即使在2 A·g^-1电流密度下依旧具有476 mA·h·g^-1的循环可逆比容量。简易、有效且低成本化的高性能微米花结构过渡金属氧化物负极材料制备工艺将大大加速转换型电极材料的实际有效应用。     

一种生物炭基柔性固态超级电容器的制备及性能研究

利用固体农业废弃物玉米秸秆作为原料,经高温煅烧,KOH刻蚀获得具有较大比表面积的多孔生物炭材料,并采用粉末X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)以及比表面积和孔径分析仪(BET)等表征手段,研究其物理、化学结构和微观形貌。结果表明,所制备的生物炭材料具有发达的“微孔-中孔-大孔”三维贯通多级孔道结构,比表面积高达1228 m2·g^-1。将其作为电极材料,与H₂SO₄/PVA凝胶电解质可组装成为具有柔性的全固态超级电容器。利用循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)以及交流阻抗测试(EIS)对柔性超级电容器电化学性能进行了测试。在电流密度为1.0 A·g^-1的条件下,其比容量可达125 F·g^-1。该器件具有良好的机械柔性和电化学稳定性,将其从0°弯曲至180°的过程中,比电容保持率约为93.5%;以不同弯曲角度将其连续弯折100次后,仍能保持较高的比电容。此外,在弯折角度180°、充放电电流密度为5.0 A·g^-1 的条件下经过500次循环充放电后,比电容值保持率约为95.6%,库仑效率约为94.9%。说明所制备的柔性超级电容器具有优异的充放电性能和长效循环稳定性。作为一种柔性、质轻、便携的储能装置,在可穿戴电子器件领域内具有潜在应用价值。同时该方法也为固体农业废弃物玉米秸秆的高附加值转化利用和新型绿色能源器件创新研制提供了新的技术途径。     

石蜡乳液中直接沉淀制备单分散性的纳米氧化镁

MgCl₂·6H₂O和Na₂CO₃在石蜡乳液中直接沉淀出碱式碳酸镁/石蜡前驱体,该前驱体在600℃条件下焙烧后获得MgO纳米粉体。采用TG-DTA、FTIR、XRD、BET和FESEM等手段对MgO粉体进行表征分析,并研究焙烧温度和物料比对纳米MgO的粒径及形貌的影响。结果表明,在最佳工艺条件下,石蜡乳液体系中能够得到分散性好、晶粒呈六边形、颗粒均匀、平均粒径约60 nm和比表面积132.54 m²·g^-1的纳米MgO。其最佳工艺条件为:MgCl₂·6H₂O溶液浓度0.6 mol·L^-1、Na₂CO₃溶液浓度0.6 mol·L^-1、反应时间0.5 h、焙烧温度600℃和焙烧时间3 h。     

Preparation and lithium storage properties of Mo2N quantum dots@nitrogen-doped graphene composite

To improve the electrochemical lithium storage performance of molybdenum nitrides, Mo₂N quantum dots@nitrogen-doped graphene oxide sponge (Mo₂N-QDs@Ngs) was prepared by hydrothermal reaction, freeze-drying and calcination in H₂/N₂ mixture with ammonium molybdate ((NH₄)Mo₇O₂₄·4H₂O), hexamethylenetetramine (C₆H₁₂N₄) and graphene oxide (GO) as raw materials. The effect of GO content on the electrochemical lithium storage performance was investigated. The transmission electron microscope (TEM) results show that the size of the prepared Mo₂N quantum dots is about 2—5 nm, and the Mo₂N quantum dots are uniformly distributed on the surface of nitrogen-doped graphene. The electrochemical test results show that when the GO content is 30%, the prepared Mo₂N-QDs@Ngs-30 has the best electrochemical lithium storage performance, which has 699 mA·h·g^-1 specific capacity at the current density of 0.1 A·g^-1, and has 286 mA·h·g^-1 specific capacity even at the current density of 2 A·g^-1.     

Mo2N量子点@N-掺杂石墨烯复合材料的制备及储锂性能

为改善钼氮化物的电化学储锂性能，以钼酸铵、六次甲基四胺及氧化石墨烯（GO）为原料，通过水热、冷冻干燥及在H₂/N₂混合气中热处理，制备了Mo₂N量子点@氮掺杂石墨烯复合材料（Mo₂N-QDs@Ngs），并探究了GO复合量对电化学储锂性能的影响。透射电子显微镜（TEM）测试结果表明：制备的Mo₂N量子点尺寸约为2~5 nm，Mo₂N量子点均匀地分布在氮掺杂石墨烯的表面。电化学测试结果表明：当GO复合量为30%时（Mo₂N-QDs@Ngs-30），制备的复合材料具有最佳的电化学储锂性能，其在0.1 A·g^-1的电流密度下具有699 mA·h·g^-1的比容量，在2 A·g^-1下仍具有286 mA·h·g^-1的比容量。     

熔融盐法制备煤基多孔碳纳米片用于钠离子电池负极

低成本、高性能钠离子电池负极材料的开发是其走向商业化应用的关键。以富含芳香结构单元的煤液化固体残渣为碳源,结合KCl/CaCl₂熔融盐的结构导向作用,可控制备了二维多孔碳纳米片（carbon nanosheets, CTx）,并探究其用于钠离子电池负极材料的电化学性能。研究发现,通过调控碳化温度可对煤基多孔碳纳米片的微观结构进行优化,在1000℃下制备的二维碳纳米片样品（CT1000）具有相对高的比表面积和丰富的缺陷结构。作为钠离子电池的负极材料,在0.1 A·g^-1 的电流密度下,其可逆比容量为221.4 mAh·g^-1,当电流密度增加至10 A·g^-1时,比容量可以保持在124.4 mAh·g^-1,倍率性能优异。此外,在1 A·g^-1 的电流密度下经2000次循环后,比容量保持率高达94.2%,展现出较大的应用潜力。