摘要：涂布工艺是锂电池极片制造过程的关键工序之一,涂层的稳定性和厚度一致性决定了极片的结构,进而影响电池的性能和循环寿命。大尺寸动力锂电池产品对涂布幅宽提出更高的要求,保证涂布模头出口处电极浆料的流动均匀性成为核心技术问题之一。因此,对涂布模头的流道结构进行合理优化显得尤为重要。本研究针对宽幅涂布模头出口速度分布不均的问题,构建了不同尺寸和结构的模头流道模型进行流场仿真,分析电极浆料在模头内部的流动特性,并采用Box-Behnken设计对衣架式模头的结构尺寸进行优化。具有倾斜变径式匀料腔结构的衣架式模头对浆料有更强的引流效果,有助于提升幅宽方向浆料流动的均匀性。采用Box-Behnken设计对衣架式模头的主要结构参数进行优化,使浆料的均匀性提升至0.99。

摘要：尖晶石相ZnCr_(2)O_(4)作为CO/CO_(2)加氢反应的重要催化材料,其表面活性氢物种的产生机制及其对CO加氢反应的作用一直备受争议。首先计算了最稳定的ZnCr_(2)O_(4)(111)表面H_(2)物种的活化,结果表明H_(2)分子在ZnCr_(2)O_(4)(111)表面异裂解离产生的Zn-H和O-H物种比H_(2)均裂解离产生两个O-H物种更加容易,且H_(2)通过异裂解离可以有效产生高活性的Zn-H物种,这主要归因于ZnCr_(2)O_(4)(111)表面Zn物种具有灵活的3d轨道,同时由于Zn 3d轨道具有较高的对称性,因此有利于H负物种的稳定。最后,研究了ZnCr_(2)O_(4)表面CO选择性加氢的反应机制,发现ZnH物种进攻CO分子的C~(δ+)/O~(δ-)生成COH或HCO物种能垒均比O-H物种作为氢源产生相同的关键中间物种能垒更低,说明Zn-H物种是CO选择性加氢反应具有高活性的关键物种;其次,还可以发现Zn-H物种活化CO产生HCO物种能垒最低,表明Zn-H物种对CO选择性加氢反应也体现出较高的活性。实验结果可为Zn基合成气选择性加氢催化材料的理性设计提供一些指导。

摘要：揭示电催化剂本征活性对于量化其构-效关系至关重要.传统的整体表征方法只能提供大量纳米颗粒(NP)的平均性能,并且通常难以排除添加剂的贡献.单颗粒碰撞电化学(SNCE)技术能够有效地在单NP水平上揭示电催化剂活性.尽管SNCE领域已取得了很大的研究进展,但目前人们对其反应中的电子转移过程认识尚不充分,难以提供NPs结构与活性之间的定量关系.本文以铂纳米颗粒(PtNPs)氧还原反应(ORR)作为SNCE过程的模型体系,通过构建功能化锥形碳微米电极(CNE)界面,有效地调控了ORR电催化过程,揭示了SNCE分步电子转移在调节单个PtNP表观ORR活性中的重要作用.分别采用化学刻蚀和元素功能化技术调控CNE界面的表面粗糙度和氮元素掺杂组成,构筑了光滑碳电极(s-CNE)、粗糙碳电极(r-CNE)、光滑氮掺杂碳电极(sN-CNE)和粗糙氮掺杂碳电极(rN-CNE)四种功能化电极界面.实验表明,单个PtNP在s-CNE、r-CNE、sN-CNE和rN-CNE这四种功能化CNE界面上产生的ORR电流强度依次增大(即s-CNE<r-CNE<sN-CNE<rN-CNE),且在rN-CNE表面达到了扩散控制的极限电流.这一发现证明了,通过对电极界面进行功能化处理可以显著提升PtNPs的ORR性能,这是由于单个PtNP的ORR总反应速率受决速步控制.密度泛函理论计算和表征结果表明,对电极界面进行表面粗糙化处理或氮元素掺杂可以分别调控SNCE电催化中的单步电子转移过程,即增强NP与电极间的电子传递速率或NP的异相动力学速率.为深入解析这一复杂过程,构建了一个多物理场理论模型.该模型将NP与电极间的电子转移、NP表面的异相电子转移以及溶液中的物质传递作为SNCE过程中的连续步骤.通过将理论模拟与高分辨电化学测量相结合,成功量化了SNCE分步电子转移步骤的相应参数,包括NP与电极间的接触电阻、NP的异相动力学常数以及NP与电极间的吸附概率,从而明确了提高电催化剂本征活性的决速步.综上所述,本文通过单颗粒电化学测量和多物理场理论模拟,深入探究了SNCE分步电子转移过程,在单NP水平上识别了电催化剂的本征活性.同时,利用分步电子转移模型量化了电催化剂构-效关系,从而为合理设计和开发高效纳米催化剂提供启示.

摘要：锂离子电池放电过程中产生的热量无法及时消散会导致电池性能下降,设计合理的电池组散热结构是提升电池性能的关键一环。提出一种复合相变材料(CPCM)与空冷结合的电池组散热结构。利用伪二维电化学模型与三维散热模型相结合,将电池产热过程、电池与外界传热过程进行解析,探究了相变材料(PCM)厚度、CPCM中膨胀石墨(EG)的含量、空冷孔道数量及空冷气体流通方向对电池组散热性能的影响。结果表明,CPCM/空冷复合式散热结构的散热性能明显优于只用CPCM的电池组,且当PCM厚度等于电池半径、EG质量分数为20%时,电池组散热性能最佳。此外,双向通风管道设计可以更有效地降低电池温度。所得结论可为锂离子电池组的散热设计提供理论指导。

摘要：电化学能源储存和转化过程涉及电解质在多孔电极和隔膜内的传递和反应.理解其中的微观性质和耦合机制对于电解质的筛选、电解液/电极界面的优化以及多孔电极的设计都具有重要意义.此时,我们的研究对象处在微米乃至纳米尺度,并涉及电场、流场和温度场等多个物理场的相互耦合,传统的电化学热力学和动力学理论以及实验技术都难以描述微纳尺度下多物理场中的电化学传递和反应特性,所以亟需发展新的建模方法.本文基于线性非平衡态热力学,提出了一个以化学势驱动的描述电化学传递和反应过程的多物理场建模方法,并从电场下的传质过程、反应和传递耦合以及热效应这三个典型问题阐述了该方法的可行性和理论价值.

摘要：随着锂离子电池的广泛使用,锂离子电池热安全问题日益突出。相比于成本高、破坏性大的实验方法,建模仿真因其经济、安全、快速等优势成为锂离子电池热安全研究的重要手段。本文从微观建模、单电池建模以及电池组建模三个尺度对最新的锂离子电池模型及其在热安全设计中的应用进行了综述。着重介绍了锂枝晶的生长调控和电解液的安全设计方面的模拟仿真、单电池模型与热方程耦合的应用以及锂离子电池组热模型在优化电池热管理系统方面的研究。最后总结了现有的锂离子电池热模型存在的缺陷,并对锂离子电池热模型未来的研究方法做出了展望。

摘要：作为纳米载体,石墨烯量子点已广泛应用于生物医药领域,然而对于异质结构的石墨烯量子点细胞膜内化路径研究不足。从空间异质性结构设计出发,构建了一系列不同氧化程度与空间异质分布的Janus石墨烯量子点。基于分子动力学模拟研究了不同结构的Janus石墨烯量子点跨膜输运行为,通过分析跨膜输运过程中的构型变化、分子间作用能量、溶剂可及面积等参数,发现Janus石墨烯量子点跨膜输运行为由亲水-亲油平衡、空间异质分布控制,且呈现外力牵引依赖性变化。本文在分子水平上系统研究了Janus石墨烯量子点与细胞膜相互作用规律,对其结构设计及生物医药应用提供理论指导。

摘要：通过将两种光催化材料复合构建合适的异质结构光催化体系,可设计出广泛应用于环境、医疗和能源领域的高效光催化剂.近年来,S型异质结体系因可实现高效的光生载流子分离,同时表现出较强的光氧化还原能力而备受关注.本文通过超声和剧烈搅拌的方法构建了由2D O-掺杂g-C_(3)N_(4)(OCN)纳米片和3D N-掺杂Nb_(2)O_(5)/C(N-NBO/C)纳米花组成的新型S型异质结体系,经过热处理后用于罗丹明B(RhB)的光催化降解.实验结果表明,优化的4OCN-[N-NBO/C](OCN和N-NBO/C含量分别为40 mg和100 mg)样品表现出较好的理化特性,其比表面积大、载流子的分离效率高、可见光吸收效率大和紧邻接触面大.EPR试验和自由基捕获实验结果表明,OCN和N-NBO/C之间形成了S型异质结.RhB光催化降解实验结果表明,在可见光照射下,所制备的材料表现出较好的催化性能,催化剂光催化效率高,稳定性好.光催化降解性能的提高可归因于快速电荷转移、高效电荷分离、光致电荷载流子的寿命延长以及S型体系中光致电荷的高氧化还原能力.本文还深入研究了催化剂的组成、结构、形貌以及RhB的光催化降解机制,为相关研究提供了一定参考.

摘要：纳米药物具有靶向和缓释特性,是癌症治疗的重要工具。其中,纳米载体的优化设计是提高抗肿瘤纳米药疗效的关键。有机笼是一种新型的多孔纳米材料,因物理化学性质可调性、模块设计等优势脱颖而出,已广泛应用于纳米生物医药等领域。从动力学及热力学研究出发,构建了一系列不同结构的有机笼及其表面修饰衍生物,研究了该纳米载体的细胞膜输运行为。通过分析有机笼在生物膜输运过程中的动力学及热力学性质发现,有机笼结构形变对生物膜输运起着至关重要的作用;此外,聚乙二醇表面修饰提高了有机笼的靶向识别能力,但使得有机笼更加亲水,进而造成了更高的生物膜输运能垒,阻碍跨膜输运。本文在分子水平上系统地阐述了有机笼与细胞膜相互作用规律,对纳米载体设计和在生物医疗方面的应用提供了理论指导。

摘要：近年来,多孔有机光催化材料因其结构和能带易调控、比表面积大和密度小等优点而备受关注.本工作以Horner-Wadsworth-Emmons(HWE)反应为基础,使用有机碱(t-BuOK)作为催化剂,在室温下制备了两例C=C连接的三嗪共轭多孔聚合物,分别是由双取代的苯环和三甲基三嗪通过C=C键连接的结构(TB-CPN)和由三苯胺和三甲基三嗪通过C=C键连接的结构(TT-CPN),将其用于光降解水产氢.通过固体核磁和红外等结构表征,证明C=C的存在,说明结构的正确性.然后,在300 W氙灯光源下分别将两个聚合物作为光催化剂进行裂解水产氢研究,其中,TT-CPN的产氢速率达到了913.3μmol·h^(−1)·g^(−1),相同条件下,TB-CPN的产氢速率为TT-CPN的86%.此外,TT-CPN在连续照射反应25 h后,其光催化活性几乎没有降低,表现出良好的光化学稳定性和可重复性.本工作采用了一种低温、短反应时间的方法来合成C=C连接的共轭多孔聚合物,用于可见光照射下光催化分解水制氢,期望为多孔聚合物的设计合成提供新的方案.