摘要：工业中酸/醇酯化法传统工艺中存在无机强酸催化剂腐蚀设备、废液污染环境、产品分离提纯工艺复杂和传质传热限制等问题。为避免此类问题的影响,实验借助微结构催化剂和反应器设计理念,选择不锈钢金属纤维作为结构载体,制备具有良好催化活性和稳定性的固体酸nafion结构催化剂。利用催化精馏技术在结构催化剂作用下通过丙酸和甲醇制备丙酸甲酯,响应面Box-Behnken设计对催化精馏过程进行优化分析,考查不同工艺条件对丙酸甲酯产率的影响。软件分析得出最佳工艺参数是再沸器加热温度216℃,重时空速0.47 h^(-1),回流比1.53,进料酸醇摩尔比为2.24:1,该条件下测量得到的实际丙酸甲酯产率95.41%,与预测值95.68%一致。

摘要：由于钒液流电池(VRB)灵活、高效以及无污染等优点,是目前最有潜力的大规模储能系统,受到了研究人员的广泛关注。其中隔膜是VRB的关键组成部分,起着隔绝钒离子避免交叉渗透,提供质子跨膜转移通道的作用。由杜邦公司生产的nafion系列膜由于化学稳定性好、质子电导率高等优点是目前VRB最为常用的离子交换膜,但其存在阻钒能力差、成本高等问题。因此对nafion膜的离子交换能力进行合理调控,通过改性的方法,在保留nafion膜基础优异性能的同时提高nafion膜阻钒能力,降低nafion膜成本是目前研究的重点。本文讨论了VRB的工作原理以及nafion膜的性能特征,同时还详细讨论了nafion膜改性方法的当前趋势和未来方向。这对理解改性nafion膜结构与电池性能之间构效关系,以及指导nafion膜今后的改性与设计具有十分重要的意义。

摘要：燃料电池是一种将燃料反应的化学能转化为电能的装置,可分为氢氧质子交换膜燃料电池(PEMFCs)、直接甲醇燃料电池(DMFCs)和直接甲酸燃料电池等.与PEMFCs相比,DMFCs以甲醇为燃料,燃料的储存运输和电池操作运行具有较高的安全性,所以近年来受到人们的广泛关注.膜电极组件(MEA)是DMFCs的核心部分,由气体扩散层(GDL)、催化层(CL)和质子交换膜(PEM)三部分组成.GDL用于提高电池传质能力,并同时作为MEA的集流体.PEM主要用于隔离燃料和氧气,进行质子传导.CL是MEA中的主要组成部分,为电化学反应提供场所.催化层由催化剂,质子传输介质和电子传输介质组成.通常,阳极催化剂采用Pt Ru/C,阴极采用Pt/C,质子传输介质为全氟磺酸树脂,如***的结构对电池性能有直接的影响,因此人们对CL的结构进行了详细的研究,并通过调节CL亲水性能、梯度催化层的结构设计等优化其结构.研究表明,当CL中nafion含量为33 wt.%,PEMFCs具有最佳的电池性能.DMFCs与PEMFCs对MEA要求不同,其阴极更容易发生水淹现象.本文结合非接触式三维光学轮廓仪、接触角测试系统和电化学测试对阴极不同nafion含量的膜电极进行了表面形貌、亲水性、循环伏安和DMFC性能测试.本文利用喷涂法制备了GDE,然后与nafion115热压形成MEA.由三维表面形貌图可以看出,随着催化层中nafion含量的增加,GDE表面的粗糙度变大,尤其是N35和N45.理论上,表面粗糙有利于Pt的暴露和传质扩散,但是其电池性能并未与粗糙度呈现出正相关的关系,因为nafion含量高于35 wt.%,Pt被nafion过度包裹,抑制了O2至催化剂表面的传输,且随着nafion含量由15 wt.%增加至45 wt.%,其GDE表面的接触角由166.8o减至143.1o,说明CL的亲水性增强,易导致阴极产生的水无法及时排出,从而造成阴极水淹现象.从不同nafion含量制备MEA的CV图可以看出,随着nafion含量的增加,Pt的电化学活性面积(ESA)增加.当nafion含量较少时,nafion无法对全部Pt纳米粒子(NPs)形成包覆或无法形成连贯的质子传输通道,从而导致大部分的Pt NPs催化活性较低变为无效Pt.而有效Pt NPs要求与连贯的质子传输通道相连接.当nafion含量高于35 wt.%时,其ESA基本保持不变,因为Pt载量一定,从而限制了ESA,此时达到该载量条件下的极限ESA.但是电池极化曲线表明,30wt.%nafion含量的MEA具有最佳的电池性能.因为有效Pt NPs不一定是高效的,当他们全部被nafion包裹后,O2只能依靠溶解在nafion中才可以到达催化剂表面,从而阻碍传质.只有Pt NPs表面包裹和暴露面积达到一定比例时才变得高效.所以当nafion含量低于30 wt.%时,主要由质子传输通道导致的有效Pt NPs较少;当nafion含量高于30 wt.%时,出现nafion过度包裹Pt NPs,阻碍O2传质.因此,nafion含量30 wt.%时,Pt的包裹面积和裸露面积达到所研究的最佳状态.

摘要：以nafion为溶剂分散氮掺杂石墨烯,利用氮掺杂石墨烯良好的电化学性能及nafion的富集和选择性透过特征制备了用于快速检测硝基苯类化合物的修饰电极NG-nafion/GCE。采用原子力显微镜对氮掺杂石墨烯-nafion修饰电极的形貌进行了表征,利用循环伏安法和方波伏安法表征了修饰电极的电化学特征,建立了此修饰电极方波伏安法检测硝基苯的方法。在最佳实验条件下,方波伏安的峰电流强度与硝基苯的浓度在3-12μmol/L和50-500μmol/L范围内成线性相关,检出限为0.5μmol/L。以此方法对湖水水样和自来水水样中的硝基苯进行加标回收检测,回收率在95.4%-103.5%之间。

摘要：设计了一种大环钴络合物 -nafion膜修饰电极并将其应用于神经递质多巴胺的毛细管电泳的测定 ,结果表明该种修饰电极对多巴胺具有较好的催化效应 ,在优化的实验条件下 ,多巴胺在10min内得到检测 ,检出限 (S/N=3)为0.05mg/L ;将该法应用于多巴胺注射液的检测 ,结果令人满意。

摘要：硅基负极材料在充放电过程中稳定性差,充放电速率受制于缓慢的脱锂动力学。设计制备了nafion包覆的高硅含量新型硅基负极材料Si@nafion/G,采用现代谱学显微技术、电化学方法等研究了材料的表面形貌、物相、价态等与电池性能的内在联系。结果表明:该材料为nafion包覆的硅纳米粒子分散在石墨烯的表面及片层间,石墨烯的引入使材料的疏水性明显提升,适量的nafion使材料具有良好的循环性能,材料容量在循环过程中不断增加,并且nafion能提高Li^(+)在电极/电解液界面的传输速率。电池在不同倍率下充放电循环1000次后,放电比容量分别保持在886.6 mAh g^(-1)(0.1 C)和402.7 mAh g^(-1)(0.5 C)。

摘要：离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是由聚合物基底膜和金属电极复合而成的一种新型的离子型电致动材料.对基底膜进行表面粗化处理,改善聚合物基底和金属电极间交界面构筑方式是提高材料性能的重要方法.本文针对IPMC人工肌肉的制备提出了一种可控的基底膜定向表面粗化方法,基于UMT-2摩擦磨损试验机的线性往复运动设计了一套IPMC基底膜表面粗化装置.对比手工粗化,采用3种载荷对nafion商业膜表面进行了机械粗化处理.对不同粗化条件获得的基底膜以相同的工艺制备IPMC,研究了不同粗化方法和条件对IPMC人工肌肉力和位移输出性能的影响.结果表明,机械粗化能够排除手工粗化过程中人为因素的影响,做到粗化加载的力度及方向性可控,使磨痕深浅均匀方向一致.相比手工粗化,通过机械粗化可以改善基底膜与电极层之间的构筑紧密程度,增加铂颗粒的吸附能力和沉积厚度,获得更为平整致密、裂隙均匀有序的表面电极,从而降低IPMC表面电阻,提升力和位移输出能力.致密且较厚的电极层同时可以阻挡一部分水分的泄露,延长IPMC有效工作的时间.该研究能够提升IPMC制备工艺的稳定性,为IPMC制备的标准化奠定基础,同时提高IPMC人工肌肉的驱动性能,对IPMC人工肌肉的进一步开发应用提供保障.