采用泡沫铜电极的热再生氨电池性能数值模拟

以采用泡沫铜电极的热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery，TRAB）为研究对象，建立了多孔介质内物质传输与电化学反应耦合的稳态模型，计算获得了电池性能及多孔电极内物质传输特性，并研究了电解质浓度和电极孔隙率对电池性能的影响。研究结果表明，从主流区界面到多孔电极内部，阳极氨和阴极铜离子浓度逐渐降低，存在一定的浓度梯度，而且随着反应电流的增大，浓度梯度明显增大。在一定的范围内分别增大阳极氨浓度和阴极铜离子浓度，从主流区向多孔电极内物质传输增强，电池性能均能不断提升；随着硫酸铵浓度的增大，电解质电导率增大，电池性能逐渐提升，但增幅逐渐减小。此外，多孔电极孔隙率也会影响电池性能，本研究中TRAB在电极孔隙率为0.6时获得最高的最大功率(15.3 mW)。     

二硫化钼纳米片用于修饰微生物燃料电池阳极的研究

利用简单的一步水热法制备了MoS2纳米片并用于修饰不锈钢纤维毡阳极(MoS2-SSFF),与未修饰不锈钢纤维毡阳极(SSFF)和多壁碳纳米管修饰阳极(CNT-SSFF)进行了对比研究。装配MFC运行的测试结果表明,MoS2-SSFF/MFC的功率密度为714 m W/m2,略高于CNT-SSFF/MFC的功率密度693 m W/m2,远高于未修饰SSFF/MFC的功率密度197 m W/m2。利用扫描电子显微镜(SEM)观察到MoS2纳米片呈簇状附着于MoS2-SSFF电极表面,显著增加了电极的比表面积。MoS2纳米片修饰改善了SSFF阳极的生物相容性,修饰电极在循环伏安测试(CV)中表现出良好的氧化还原性能。水热法制备的MoS2纳米片用于修饰阳极是一种高效、经济、简单的阳极修饰方法。     

无介体微生物燃料电池阳极生物膜传质分析

针对无介体微生物燃料电池阳极侧生物膜内的传递过程建立了一维稳态扩散传输模型,模型认为底物氧化产生的电子以直接方式传递至阳极,并考虑了生物膜内电势及pH的变化,计算获得了微生物燃料电池生物膜内的底物浓度、电势、电流密度以及pH值分布,讨论了生物膜的电导率、阳极电势和缓冲液浓度对生物膜内传质特性及产电性能的影响。计算结果表明随着生物膜电导率和阳极电势的增大,生物膜内底物浓度及pH值均降低,电池电流密度升高;进口缓冲液浓度越大,生物膜内pH值越高,有利于维持阳极生物膜内微生物的活性。     

离子液体复配溶液吸收CO_2的研究进展

综述了近年来国内外利用离子液体吸收CO2的研究状况,重点分析了离子液体-水复配溶液和离子液体-有机胺复配溶液吸收分离CO2的特点及其机理,讨论了温度、压力、配比、特殊基团等相关影响因素对脱碳过程的影响。对尚存在的问题提出建议,并对前景做了展望。     

波浪结构超疏水表面对液滴聚并弹跳的影响

液滴自发聚并在自然和工业中广泛存在,如何高效去除聚并液滴是强化滴状冷凝换热、防结冰等的重要环节。采用数值模拟方法研究了不同半径比液滴在超疏水平壁面和超疏水波浪形壁面上的聚并起跳行为。研究发现,在平壁面上聚并的液滴水平速度与竖直速度差1～2个数量级,液滴的水平方向位移小,聚并后难以有效去除;在波浪形壁面上,由于液桥撞击在斜面上,产生较大的水平分力,聚并后其水平速度保持与竖直速度在同一数量级,水平位移显著增大;并且波浪结构对液滴弹跳过程影响显著,随波浪高宽比的增大液滴水平位移增大且弹跳高度减小,有效促进了液滴的水平运动,且当高宽比为0.21时,促进作用接近峰值。研究结果为聚并液滴的有效去除提供了新参考。     

光合细菌生物膜反应器葡萄糖降解及产氢特性实验

对光合细菌生物膜制氢反应器在挂膜启动期间以及稳定运行时以葡萄糖为唯一底物的降解特性进行了实验研究,获得了光照强度、光波长、进口底物浓度、温度和底物溶液pH值等参数对生物膜光生物制氢反应器降解性能的影响规律。实验结果表明：在反应器挂膜期间,反应器葡萄糖消耗量随着反应器中填料表面的生物膜的生长逐渐趋于稳定。反应器挂膜启动完成后的降解效率随着底物浓度、光照强度、温度和底物溶液pH值的增加而增加,直到降解效率达到一个峰值后开始下降。光波长对反应器的降解效率也具有明显的影响。     

双室微生物燃料电池阴阳极间水传递特性

针对双室微生物燃料电池（dual chamber microbial fuel cell,DCMFC）中的水传输现象,研究了DCMFC中水传输现象产生的原因以及影响水传输量的各种因素。结果表明,在DCMFC中,阴阳极间水传输量随着放电电流的增大而增大;当阳极液为1500 mg·L^-1化学需氧量（COD）培养基和50 mmol·L^-1磷酸缓冲盐的混合溶液、阴极液为50 mmol·L^-1 K₃[Fe（CN）₆]和50 mmol·L^-1磷酸缓冲盐的混合溶液,电池电流为5 mA时,电池阴阳极间的水传输量为0.045 ml·h^-1。此外,研究还表明,阴阳极间PBS溶液浓度差以及质子交换膜厚度对DCMFC的阴阳极间水传输量有着重要的影响。     

再生反应器液面高度对热再生电池性能的影响

热再生过程是热再生电池（thermally regenerative battery,TRB）系统的重要部分,本文研究了TRB的热再生过程对产电过程的影响,并通过降低热再生液面高度来强化换热过程和提升热再生性能。结果表明,采用再生电解液的TRB最大功率密度仅有12 W/m²,相比于初始电解液的TRB（最大功率密度为29.6 W/m²）降低了59%;降低加热液面高度可减小再生液平均热阻和受热温差,有效地强化了热再生性能;当热再生液面高度降低至1 cm后,热再生后TRB性能显著提升（27.0 W/m²）,与原性能相比仅下降8.7%。后续有望通过构建薄液膜热再生反应器来进一步强化热再生过程及提升电池热再生性能。     

微纳米尺度上含DNA分子流体传输规律的多尺度算法研究进展

微纳米尺度上含DNA分子流体的传输特性研究对生物微流体机械装置的设计和优化至关重要.DNA分子在流体中的运动和变形以及与周围流体的相互作用是一个耦合的、复杂的多尺度问题.由于普适的理论解缺乏,数值模拟作为一种可行且经济的技术路线现正被广泛地使用于这类问题的基础研究和各种生物微流体机械装置的实际设计及应用中.综合评述现代数值计算在模拟微纳米尺度上含DNA分子流体传输这类复杂多尺度问题上的主要进展.介绍目前模拟中广泛使用的DNA分子的聚合物链模型,重点探讨相关分子动力学方法模拟以及基于该方法的各种主要的多尺度算法发展近况.分析模拟DNA分子动力行为及周围流体传输时,存在的技术难题和相应的新发展.     

超亲气泡沫铜纳米线电极电化学还原CO2性能

利用可再生电能进行电化学还原CO₂被认为是一种有前景的储能和减排技术,但在阴极发生析氢副反应,将降低电化学还原CO₂的性能。采用泡沫铜为基底制备铜纳米线电极扩展电极的电化学活性面积,然后通过十七氟癸基三甲基硅烷对电极进行亲气处理,使电极表面从疏气状态变为超亲气状态,从而强化气相反应物CO₂传质,增加反应三相接触线,提高电极的电化学还原CO₂性能。实验结果表明：与未亲气处理的泡沫铜纳米线电极相比,所制备的超亲气泡沫铜纳米线电极虽然具有较小的电化学活性面积,但其超亲气的特性更有利于CO₂的传质,抑制了电解液中氢离子的传输,有效削弱了析氢副反应的发生。在电解电位为-1.5V (vs. Ag/AgCl)时,H2法拉第效率降低了17.7%,电化学还原CO₂性能提升。