Author Affiliations
Abstract
1 University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna, Department of Bionanosciences, Muthgasse 11, 1190 Vienna, Austria
2 University of Vienna, Department of Physical Chemistry, Währinger Straße 42, 1090 Vienna, Austria
A silver microelectrode with a diameter of 30 µm in an aqueous K2SO4 electrolyte was irradiated with 55 fs and 213 fs laser pulses. This caused the emission of electrons which transiently charged the electrochemical double layer. The two applied pulse durations were significantly shorter than the electron-phonon relaxation time. The laser pulse durations had negligible impact on the emitted charge, which is incompatible with multiphoton emission. On the other hand, the observed dependence of emitted charge on laser fluence and electrode potential supports the thermionic emission mechanism.
hot electron emission femtosecond laser laser electrochemistry silver electrode Opto-Electronic Advances
2023, 6(6): 220170
1 无锡职业技术学院机械技术学院，无锡 214122
2 上海海洋大学工程学院，上海 201306
3 张家港市微纳新材料科技有限公司，苏州 215699
硼掺杂金刚石(BDD)是高级氧化法污水处理领域的一种电极材料，其衬底材料的选择是电极涂层制备的核心问题之一，良好的衬底材料可提高膜基结合力，从而延长电极的使用寿命。本文提出以热膨胀系数较小的WC-Co为衬底，采用热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备微米、纳米两种表面形貌的BDD电极，并利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法对两种电极的物理性能、表面状态及电化学性能进行表征，研究结果表明：在沉积速率方面，微米薄膜是纳米薄膜的1.5倍，但纳米薄膜具有更小的残余应力，仅为-0.6 GPa；两种电极在0.5 mol/L的H2SO4溶液中均展现较宽的电化学窗口(约为3.7~3.9 V)和极小的背景电流，在K3［Fe(CN)6］氧化还原系统中表现出良好的准可逆特性，这些特性均与常规Si、Nb、Ti基BDD电极相似。在此基础上，本文对两种电极开展了苯酚模拟废水处理和加速寿命试验(ALT)，结果显示：相同参数下，纳米电极在ALT中使用寿命约为423 h，明显优于微米电极的310 h；在苯酚氧化实验中，两种电极对苯酚均展现了较好的矿化效果，化学需氧量(COD)处理的电流效率为88%~94%，与标准BDD电极相接近。因此，WC-Co或可作为BDD污水处理电极的良好衬底材料。
BDD电极 电化学 难降解有机废水 BDD electrode WC-Co WC-Co HFCVD HFCVD electrochemistry refractory organic wastewater
1 西北大学光子学与光子技术研究所，陕西 西安 710127
2 省部共建西部能源光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710127
3 陕西省全固态激光及应用工程技术研究中心，陕西 西安 710127
为探究激光的单脉冲能量密度、光斑重叠率、扫描次数对激光熔凝层耐蚀性的影响规律，首先采用单因素激光熔凝实验法在Q235B钢材表面制备激光熔凝层，然后采用显微镜研究激光熔凝层单位面积内的微裂纹分布，并采用电化学分析方法研究熔凝层自腐蚀电位和自腐蚀电流密度的变化规律。以最大自腐蚀电位和最小自腐蚀电流密度为目标进行激光参数优化，得出单脉冲能量密度为3.82 J/cm2、光斑搭接率为80%和扫描次数为4的激光最佳参数组合。分析表面及切面的X射线能量色散谱和X射线衍射谱发现，最佳激光参数组合下制备的激光熔凝层（最佳激光熔凝层）由内至外的组织为Fe渐变氧化层过渡至以Fe3O4‐FeO混合结晶为主的Fe稳定氧化层。将最佳激光熔凝层与Q235B钢碱性发黑层的电化学阻抗谱、表面粗糙度、X射线能量色散谱和X射线衍射谱进行对比后发现，最佳激光熔凝层的耐蚀性约为碱性发黑层的3倍，这得益于熔凝层中Fe稳定氧化层更低的表面粗糙度和微裂纹密度、更少的氧化漏点以及可防止过度氧化的特点。
激光技术 最佳激光参数 激光熔凝层 耐蚀性 电化学
1 河北科技大学, 石家庄 050018
2 金昆仑锂业有限公司, 青海 格尔木 817000
3 天俱时工程科技集团有限公司, 石家庄 050000
随着新能源汽车的迅速发展, 锂离子电池(LiBs)需求不断增加, 大量废旧LiBs对环境造成污染, 同时面临着锂资源供给不足的风险, 回收废LiBs中稀有金属锂成为目前研究的热点。有效的电池回收不仅可以缓解资源短缺、实现资源利用, 更重要的是可以减少环境污染, 推动行业可持续发展。为实现废旧LiBs中锂金属的高效回收, 通过优先提取及分步分离的方式回收锂工艺受到研究者的广泛关注。本文对废旧LiBs回收现状及方法进行了阐述, 讨论了火法冶金、湿法冶金、生物冶金及电化学法在选择性回收锂工艺上的最新研究进展, 详细分析了电极-电场驱动与膜-电渗析技术在选择性回收锂领域的技术优势, 同时归纳了各回收工艺的优缺点, 并结合经济效益和环境影响对锂回收所面临的问题进行了总结分析。最后, 对LiBs回收利用面临的挑战和局限性进行总结, 并对未来LiBs回收的发展趋势进行了展望, 为研发更加节能环保高效的回收工艺提供参考。
锂离子电池 资源利用 锂金属 回收工艺 电化学 lithium ion battery resource utilization lithium metal recovery process electrochemistry
相比于构建多孔电极的传统测试方法，从单个颗粒尺度直接对电池材料进行研究可以获取材料的本征特性，有助于更加深入的理解材料的电化学反应机制。讨论了几种单颗粒分析方法在电池材料研究中的应用，包括微电流固定接触法、单颗粒碰撞法、微流控分析法以及光谱学单颗粒分析法，并对单颗粒分析方法的前景进行了展望。
二次离子电池 电极材料 电化学 光谱学 rechargeable batteries electrode material electrochemistry spectroscopy
1 贵州大学化学与化工学院, 贵阳 550025
2 重庆理工大学化学化工学院, 重庆 400054
以壳寡糖(COS)为碳前驱体, 三嵌段共聚物(F127)和正硅酸乙酯(TEOs)为模板剂, 通过溶胶-凝胶法制备了一种用于超级电容器的原位氮掺杂介孔碳材料(COS-NMC-x)。借助质谱仪、TG-DTG、XRD、Raman光谱、N2吸附/脱附、XPS、FT-IR、亲水性以及电化学评价等手段对材料进行了表征, 以研究材料的物化性质和电化学性能。结果表明, COS-NMC-x材料的比表面积、孔容、氮原子数分数随超声时间的增加呈先增后减的趋势, 当超声时间为15 min时, 样品的比表面积、孔容、氮原子数分数到最大, 接触角最小, 分别为144.94 m2·g-1、0.19 cm3·g-1、7.59%和23.16°。同时对COS-NMC-x进行了电化学性能评价, 在电流密度为0.5 A·g-1时, 样品的比电容为189 F·g-1, 远高于同组其他材料, 说明较大的孔隙结构和氮原子数分数等有利于材料的电化学性能提升。在10 A·g-1下经过5 000次循环之后, 该材料的电容保持率达到114%, 表现出良好的电化学性能, 在超级电容器应用方面展现出巨大的应用潜力。
COS-NMC材料 刚性骨架 壳寡糖 介孔碳 电化学 亲水性 COS-NMC material rigid skeleton chitosan oligosaccharide mesoporous carbon electrochemistry hydrophilicity
1 陕西铁路工程职业技术学院道桥与建筑学院, 渭南 714000
2 西北工业大学材料学院, 凝固技术国家重点实验室,西安 710072
超高灵敏度和特异性的电化学生物传感器在环境风险物质监测以及生物医学检测领域具有重要意义,而构建生物亲和性高、制备工艺简单、成本低廉的检查电极是电化学生物传感器走向应用的关键。本文采用3D打印技术制备出重复性良好的三维石墨烯复合电极, 然后通过电化学氧化的方法调控表面石墨烯的形貌和氧化基团。所制备的电化学生物传感器在环境污染物微囊藻毒素(MC-LR)的检测中展现出超高的灵敏度, 其线性检测区在4×10-6~1 μg/L, 检测限为1.5×10-7 μg/L。同时, 通过改变适配体检测探针后, 该电化学生物传感器对于多巴胺、重金属Hg2+、四环素等均具有极高的检测灵敏度。本研究为电化学适配体生物传感器走向应用化提供了一种新的思路, 为开发超高灵敏度环境监测和生物医学检测传感器提供一定的基础数据。
3D打印 石墨烯 电化学 生物传感器 超高灵敏度 微囊藻毒素 3D printing graphene electrochemistry biosensor ultra-high sensitivity microcystin
1 1.西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室, 西安 710049
2 2.西安交通大学 电子科学与工程学院, 西安 710049
3 3.生态环境部核与辐射安全中心, 北京 100082
量子限制效应使硅纳米线具有良好的场致发射特性, 结合多孔硅的准弹道电子漂移模型可提高场发射器件的性能。传统的金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线的效率较低, 本研究在传统方法的基础上引入恒流源, 提出电催化金属辅助化学刻蚀法, 高效制备了硅纳米线/多孔硅复合结构。在外加30 mA恒定电流的条件下, 硅纳米线的平均制备速率可达308 nm/min, 较传统方法提升了173%。研究了AgNO3浓度、刻蚀时间和刻蚀电流对复合结构形貌的影响规律; 测试了采用电催化金属辅助化学刻蚀法制备样品的场发射特性。结果显示样品的阈值场强为10.83 V/μm, 当场强为14.16 V/μm时, 电流密度为64 μA/cm2。
电化学 金属辅助化学刻蚀法 硅纳米线 多孔硅 场发射 electrochemistry metal assisted chemical etching silicon nanowire porous silicon field emission
表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)技术与针尖增强拉曼光谱(Tip Enhanced Raman Spectroscopy, TERS)技术常用于解决电化学表面和界面上的问题, 研究细胞生物体系。利用表面等离子基元的效应, 通过设计特殊的纳米材料可以获得更高的信号增强效果。为了提高空间分辨率, 针尖增强拉曼技术利用针尖处高度局域的光电场, 可将空间分辨率推进到2~5 nm。另外, 通过发展单粒子的检测方法, 研究了单粒子的生长以及相互作用的过程。在材料表面, 可获得每一个位点的特征光谱, 实现了同时跟踪整个表面的反应以及变化。并通过该方法, 研究了微观粒子以及宏观表面化学反应中的区别和联系。随着SERS在灵敏度、选择性、重现性、时间和空间分辨率等方面的进一步提高, SERS将在生物和医学领域得到更重要的应用。
表面增强效应 细胞生物体系 电化学 针尖增强拉曼 定量检测 surface enhanced Raman spectroscopy cellular and biological systems electrochemistry tip enhanced Raman quantitative detection
渤海大学化学与材料工程学院, 辽宁省全谱太阳能电池转光材料专业技术创新中心, 锦州 121013
通过水热反应, 成功合成了一个草酸配体修饰的四核锆取代的夹心型硅钨-氧簇合物H12Na2［Zr4(μ3-O)2(μ2-OH)2(Ox)2(α-SiW10O37)2］·22H2O (Ox=oxalic acid)。该夹心型硅钨-氧簇是由两个{α-SiW10O37}簇块通过一个{Zr4(μ3-O)2(μ2-OH)2(Ox)2}簇连接构成的。通过X-射线单晶衍射、IR、TG以及元素分析对该簇合物进行表征。晶体结构分析表明: 该簇合物结晶于单斜晶系, P21/c空间群, a=2.132 2 (6) nm, b=1.271 6 (4) nm, c=2.223 1 (7) nm, β=110.933(4)°, V=5.629 9(3) nm3, Z=2, R1=0.061 5, wR2=0.164 4。电化学和电催化性质研究表明标题簇合物对NO-2的还原有很好的电催化效果。
水热合成 草酸 钨-氧簇合物 晶体结构 电化学 电催化性质 hydrothermal synthesis oxalic acid tungsten-oxo cluster crystal structure electrochemistry electrocatalytic property
