摘要：氢气是一种清洁、高效、可再生的新型能源,并且是未来碳中和能源供应中最具潜力的化石燃料替代品。因此,可持续氢能源制造具有极大的吸引力与迫切的需求,尤其是通过清洁、环保、零排放的电解水方法。然而,目前的电解水反应受到其缓慢的动力学以及低成本/能源效率的制约。在这些方面,电化学合成通过制造先进的电催化剂和提供更高效/增值的共电解替代品,为提高水电解的效率和效益提供了广阔的前景。它是一种环保、简单的通过电解或其他电化学操作,对从分子到纳米尺度的材料进行制造的方法。本文首先介绍了电化学合成的基本概念、设计方法以及常用方法。然后,总结了电化学合成技术在电解水领域的应用及进展。我们专注于电化学合成的纳米结构电催化剂以实现更高效的电解水制氢,以及小分子的电化学氧化以取代电解水制氢中的析氧共反应,实现更高效、增值的共电解制氢。我们系统地讨论了电化学合成条件与产物的关系,以启发未来的探索。最后,本文讨论了电化学合成在先进电解水以及其他能量转换和储存应用方面的挑战和前景。

摘要：二维(2D)过渡金属氧化物(TMO)的地球丰度高,并且具有独特的物理化学性质和较好的催化性能,是新能源工业领域中非常有应用前景的电催化剂.然而,由于合成高质量和可控厚度的2D TMO具有一定的难度,目前有关2D TMO的微观电化学研究的报道较少.本文采用化学气相沉积法直接合成了2D钴铁氧体(CoFeO),所制得的2D CoFeO呈现结晶性良好的超薄尖晶石结构,其最薄厚度可达到6.8 nm.采用超微电极测试平台考察了碱性条件下2DCoFeO催化析氧反应(OER)的性能.结果表明,2D CoFeO(111)面在10 m Acm^(-2)的电流密度下表现出330 m V的低过电位,在570 m V的过电位下表现出142 m Acm^(-2)的高电流密度.密度泛函理论计算发现2DCoFeO表面上的双金属位点降低了反应能垒.此外,2DCoFeO的超薄厚度使体电阻率降低,同时增加了活性位点的利用率,进而提高了对OER的催化活性,这与在超微电极平台上测得的2D CoFeO厚度-OER活性依赖关系的结果一致.本研究还合成了大面积的2D CoFeO薄膜,其标准三电极体系研究表明2D CoFeO样品仍然表现出较高的催化OER活性和较好的寿命,说明所制备的2D CoFeO具有较好的实际应用潜力.综上,本文采用气相化学沉积法直接合成了超薄2DCoFeO纳米片,其最薄厚度可达6.8 nm,2DCoFeO表现出良好的OER性能,为2DTMOs电催化剂的可控合成开辟了新途径.此外,本文还分析了2DCoFeO电催化OER反应的机理,为二维电催化剂设计提供了新思路.

摘要：热填料的热膨胀系数和热导率是设计热管理和热防护复合材料的关键参考因素.六方氮化硼(h-BN)由于其独特的优点是最常用的热填料之一.但由于不同测试方法和测试样品的不一致性,其热膨胀系数和热导率的精确数值尚不清楚.本文分别用基于密度泛函理论的准谐近似方法和声子玻耳兹曼输运方程理论精确计算了h-BN沿层间和层内方向的热膨胀系数和热导率,通过与已有实验结果的对比验证了计算结果的准确性,并通过对声子行为的分析研究了其基本物理原理.结果表明,h-BN的热膨胀系数沿层内方向为较小的负值,沿层间方向为较大的正值,在300 K时分别为-2.4×10^(-6)和36.4×10^(-6)K^(-1).研究表明,h-BN各向异性的热膨胀系数主要由其各向异性的等温体积模量和低频面外纵向声学支和光学支的振动特性所引起.为了确保h-BN热导率的快速准确预测,本文首次进行了原子间交互作用截断半径和q网格尺寸的收敛性测试.计算结果表明,h-BN平面内的热导率远大于沿平面间方向的热导率,在300 K时分别为286.6和2.7 W m^(-1)K^(-1).声子行为分析表明,由面外纵向声学支、面内纵向声学支和横向声学支的振动特性引起的各向异性声子群速度是造成h-BN各向异性热导率的主要原因.本文的计算结果对h-BN复合材料的设计具有重要的参考价值.

摘要：针对传统逆变式焊接电源只能适用于一种或两种交流电压输入的缺点,设计了一种基于BUCK电路的宽电压输入焊接电源,可以适用于AC 190～440 V输入电压,通过整流滤波得到额定的输出电压。实验结果表明,设计的BUCK电路通过电压反馈调节可以实现宽电压输入,并且焊接输出稳定,避免了传统的"倍压"或者切换主变抽头方式实现多电压输入时因误判而引起的机器损坏问题,提高了焊机的稳定性。