【摘 要】
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随着社会的发展与进步,人类对能源的要求越来越高。与此同时,单一的化石能源体系已经难以满足人类对能源的需求,过度化石能源消耗使得能源危机和环境污染的问题接踵而至。调控当前能源结构,减少化石能源的消耗对于解决当前能源问题具有重要意义。电化学能源储存与转换器件,例如:燃料电池、金属空气电池以及电化学水分解等,作为新兴能源器件越来越受到大众的关注。在这些电化学能源存储与转换器件中,发生在器件工作电极上的电
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随着社会的发展与进步,人类对能源的要求越来越高。与此同时,单一的化石能源体系已经难以满足人类对能源的需求,过度化石能源消耗使得能源危机和环境污染的问题接踵而至。调控当前能源结构,减少化石能源的消耗对于解决当前能源问题具有重要意义。电化学能源储存与转换器件,例如:燃料电池、金属空气电池以及电化学水分解等,作为新兴能源器件越来越受到大众的关注。在这些电化学能源存储与转换器件中,发生在器件工作电极上的电化学反应直接决定了能源器件的工作效率。高效的电催化剂能够有效促进电催化反应的发生,提高器件工作效率。目前
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金属-空气电池作为具有较高比能量密度的新型电池技术受到了科研工作者们的广泛关注。虽然金属-空气电池的比能量密度非常高,但是金属-空气电池的发展仍面临着重重阻碍,如:过电势高,能量效率低,可逆性差,以及循环寿命短等。这些问题主要是由放电产物的热力学惰性,以及较慢的化学反应动力学引起的。放电产物与电极接触时难以被有效分解。这就导致电池充电过程需要更高的能量,进而引起电池过电势升高。虽然很多异相催化剂可
化石能源在当前能源结构中占据主导地位，但是这种不可再生的能源带来许多问题，如环境污染和气候变化等。因此，开发新型的清洁可再生能源技术取代传统化石燃料已引起了科学技术界的广泛关注。可再生燃料电池、金属-空气电池和水电解制氢作为先进的能源技术，具有清洁和环保的优点，被认为是未来有前景的可替代能源。氧还原反应(ORR)和氧析出(OER)是可再生燃料电池和可充电锌-空气电池两个关键电化学过程；而OER和氢
通过燃烧矿物燃料获取能量使人类面临着越来越大的能源短缺与环境污染压力，发展环境友好且可持续发展的清洁能源技术已成为全球最为重要和紧迫的研究课题。锂-氧气电池因具有超高理论能量密度而成为电化学能源领域的热点研究课题。近年来，国内外科学家围绕锂-氧电池开展了大量研究工作，成果显著。然而，锂-氧电池的发展仍处于早期基础研究阶段，许多关键的科学及技术问题尚未解决，其中开发高效稳定的正极材料提高电池性能已成
有机半导体材料是可通过低成本溶液加工来制备质量轻并具有一定机械性能的电子元件。基于这些优势,该类材料持续受到学术界和工业界的关注。作为其中一类电子元件,有机太阳电池在近年发展迅猛,目前实验室报道的器件能量转换效率已经超过17%。尽管有机太阳电池在过去二十年中已经取得显著进展,但进一步提升其能量转换效率实现其商业化应用不仅需要发展新型高性能光活性层材料,还需要在新材料的基础上,深入理解材料结构与薄膜
电催化剂是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化的瓶颈,由于PEMFC为酸性介质,其电极反应均对贵金属铂有强烈的依赖性,目前使用的电催化剂存在铂用量高、稳定性不足的问题,因此亟需研制新型的高效、长寿命电催化剂。金属间化合物具有长程有序的晶体结构,因此具有确定的表面成分和规则的活性位分布,这些特性是普通合金(固溶体)不具备的。另外,与无序的合金相比,有序的金属间化合物具有较高的混合焓、较高的化学
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)具有能量密度高、启动快速、清洁环保等特点，有希望应用于分散式电站、交通运输和便携式移动电源等领域。高性能、低成本氧还原反应(ORR)催化剂的制备是实现PEMFCs技术商业化应用的关键。针对非贵金属催化剂在酸性环境中活性不足、稳定性差等问题，本论文对沸石咪唑框架化合物(ZIF-8)衍生碳材料的结构及其催化性能进行系统研究。 以ZIF-8高温碳化后所得三维多孔氮掺杂
可生物降解的凝胶态聚合物电解质作为一种安全和性能稳定的材料,可以提高电池和电容器的环保性和安全性,进而有助于解决环境污染和能源短缺的问题。其中,聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)两种可生物降解聚合物备受瞩目。但是,PVA和CS基凝胶态电解质膜在应用中仍存在诸多问题。例如,离子迁移机理不明确;电化学性能不稳定和高成本等问题。鉴于此,本论文探讨了溶剂对PVA结构的影响,开发了N-甲基吡咯烷酮(NMP)
硫正极在固相单质中具有最高的理论比容量(1675 mAh g~(-1)),同时具有资源丰富、价格便宜、环境友好等优势,因而受到了广泛关注。锂硫和钠硫电池的理论能量密度分别高达2600 Whkg~(-1)和1247Whkg~(-1),被认为是最具应用前景的下一代电池体系之一。然而,硫的绝缘性和中间产物多硫化物的可溶性极大地阻碍了锂/钠硫电池的发展。硫的绝缘性导致硫电化学活性低和反应动力学慢,有效的解
可再生能源发电输出具有间歇性和不均匀性,要将其整合到电网中,发展具备快速的能量收集能力、高能量密度及优异的循环稳定性的储能器件至关重要。水溶液电解液体系相较于有机电解液体系具有更高的离子电导率,有利于实现快速的能量收集;并且还具有低毒性、环保安全和低成本等优势。因此水系超级电容器与水系离子电池具有广阔的发展前景与研究价值。理论比容量高的锰氧化物和氢氧化镍是极具潜力的电极材料,但离子导电性差使其倍率
人类社会步入21世纪以来,以能源为支撑的经济得到飞速发展,由此衍生出的化石能源枯竭和新能源的开发利用问题,也逐渐成为人们谈论和关注的热点。为了替代污染严重的传统化石燃料,研究人员们致力于利用以太阳能和风能为主的可再生能源来获取廉价、清洁、高热值的氢能源。其中,使用半导体材料进行的光电催化水分解为高效地利用太阳能提供了一种较为理想的途径。然而,在光电水分解系统中,光阳极表面发生的水氧化反应涉及4个电