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物理化学学报
中国化学会
物理化学学报

中国化学会

唐有祺

月刊

1000-6818

whxb@pku.edu.cn

010-62751724

100871

北京大学化学楼W206

物理化学学报/Journal Acta Physico-Chimica SinicaCSCD北大核心CSTPCDSCI
查看更多>>本刊刊载物理化学领域基础和应用研究类文章，面向化学专业高年级大学生、研究生和从事物理化学领域研究的科研人员。以促进学术交流和发展为已任，力图为物理化学领域的工作者提供一个交流的精神园地。
正式出版
收录年代

    长寿命高镍锂电池界面重构电解液添加剂研究进展

    韩卓张丹丰王海先郑国瑞...
    1-27页
    查看更多>>摘要：高镍正极匹配锂金属负极是实现高比能锂电池的重要发展方向之一,然而,高比能锂电池体系存在体相结构稳定性差、与表界面难以兼容等共性问题,特别是在高截止电压、宽温域的实际工况条件下,表界面退化往往加速体相结构的破坏,造成电极材料性能快速衰退.相较于离子掺杂和表面包覆等改性手段,基于溶剂-锂盐优化或功能性添加剂主导的电解液诱导界面重构改性工程,可以同时实现对高比能正负极材料电化学循环改性,易于大规模工业生产应用.其中,功能性添加剂能极大提升电极/电解液界面兼容性,同时有利于调控电解液溶剂化结构,利用其电化学氧化/还原活性特征改变高比能电极/电解液电化学界面行为,从而实现高比能锂电池稳定循环.本文论述了不同功能性电解液添加剂在高镍正极和负极表面的成膜性、界面吸附稳定性、界面协同演变、酸水杂质清除等方面改性作用,为筛选和设计特定功能化添加剂实现高比能高镍锂全电池的稳定循环提供了新思路.

    高镍锂电池电解液添加剂界面重构电化学循环改性低成本

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    外加物理场调控二维材料的HER和OER性能

    秦春玲陈爽Hassanien GomaaMohamed A. Shenashen...
    28-34页
    查看更多>>摘要：长期以来,氢燃料一直被认为是一种有前途和可行的传统化石燃料的替代品,可以支撑我们未来的能源格局.电催化水分解是一种可用于大规模高效生产高纯度氢气的可持续和环保的技术.该技术的工业化需要我们不断地提高两个电极上的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的反应动力学.此外,催化剂催化活性和结构稳定性的持续优化对于该技术的实际实施同样关键.因此,合适的催化剂的选取是影响电催化水分解的关键因素之一.二维(2D)纳米材料由于其独特的物理化学性质和丰富的活性位点成为了电解水领域的热点.此外,2D材料独特的物理化学特性能与外加物理场之间高度契合,可以产生一些独特的效果来增强电催化性能.因此,近些年,外加物理场在辅助改善HER和OER方面的作用和机制越来越受到关注.外加物理场,如电场,磁场,应变,光,温度和超声波,可以应用于催化剂合成和电催化过程.本文首先总结了物理场辅助电解水催化剂合成的研究.随后,根据外场在电催化过程中作用机制的不同,对外场辅助HER和OER的研究进行了分类.最后,本文指出了本领域快速发展所面临的主要挑战和前景.

    外加物理场析氢反应析氧反应合成二维材料

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    单晶高镍三元正极材料:挑战与策略

    黄辰悦郑鸿飞秦宁王灿沛...
    35-55页
    查看更多>>摘要：进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性对电动汽车的普及至关重要.三元层状正极材料因其高比容量、低温性能良好、成本较低等优势,近年来在动力电池领域备受关注.高镍化和高电压化被认为是提高三元材料能量密度的有效途径.然而,基于传统多晶三元正极的高镍化和高压化可能会显著降低材料的循环稳定性和热安全性,设计单晶三元正极材料被认为可以有效缓解高压多晶三元正极稳定性问题的可行途径.但是,单晶三元正极仍然面临着离子传输动力学受阻、非均匀荷电状态、晶格参数各向异性变化、阳离子混排、化学机械降解等挑战.因此,本文从三元正极材料的本质结构演化角度系统地分析和总结了多晶与单晶结构失效的共性问题.此外,还归纳了单晶高镍三元材料的合成工艺调控、元素掺杂、表界面改性等策略,梳理了结构设计与电化学性能之间的构效关系,并对单晶高镍三元正极材料的未来发展方向进行了展望,能够为高比能三元正极材料的开发提供理论指导.

    锂离子电池层状正极材料高镍单晶结构失效机制结构演化改性策略

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    镍钒水滑石电极用于可放大电催化5-羟甲基糠醛氧化耦合产氢

    李美然宋英杰万鑫李洋...
    56-58页
    查看更多>>摘要：可再生能源驱动的电催化水裂解是获取绿氢的重要途径,但受到缓慢的阳极析氧反应(OER)限制.使用热力学有利的5-羟甲基糠醛氧化反应(HMFOR)代替OER的电解水制氢耦合氧化策略提供了一种降低能耗的有效策略,同时可以生产高附加值的有机含氧化合物,如2,5-呋喃二甲酸(FDCA).在该领域,大量工作集中于催化剂工程以获得更好的催化活性和产物选择性.然而,很少有研究关注到5-羟甲基糠醛(HMF)的规模化氧化制备FDCA.为此,我们合成了一种镍钒水滑石(NiV-LDH)催化剂用于高效HMFOR,在1.52 V vs.RHE(可逆氢电极)下,电流密度达到100 mA∙cm-2 FDCA的法拉第效率高达94.6%.与OER相比,HMFOR将对应的氢气生产率提高了两倍.作为概念验证,我们使用流动反应器展示了连续且可规模化的HMFOR,在10 A条件下,实现了94.8%的高HMF单程转化率和98.5%的高FDCA选择性.

    电催化水分解耦合制氢层状双金属氢氧化物5-羟甲基糠醛2,5-呋喃二甲酸

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    熔融盐法制备Mo2CTx MXene及其电催化析氢性能

    李玉琼兰冰管斌代春龙...
    59-61页
    查看更多>>摘要：钼基MXenes在电化学生物分子传感、电催化和能源储存等领域具有重要应用潜力.然而,制备钼基MXenes的传统方法是使用强腐蚀性HF溶液刻蚀Mo基MAX相(三元层状碳化物)制得,实验危险性高且制备周期长.本文提出通过路易斯酸熔盐法选择性刻蚀Mo2Ga2C前驱体制备Mo2CTx MXene,降低危险性并大幅提升制备效率,并研究了刻蚀温度和保温时间对Mo2CTx MXene物相和微观结构的影响.研究表明,使用HF无法完全刻蚀Mo2Ga2C前驱体制得高纯度Mo2CTx MXene,而熔融盐法在600 °C下仅需30 min即实现完全刻蚀.此外,熔融盐法制备的Mo2CTx MXene在碱性电解液中具有优异的电催化析氢(HER)电催化活能,并具有长期稳定性,在10 mA∙cm-2的电流密度下有着较低的过电位和Tafel斜率,分别为114 mV和124 mV∙dec-1.

    Mo2Ga2CMAXMo2CTxMXene熔融盐法制备HER

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    PC基电解液对Li/CrOx一次电池高倍率性能的影响

    杨睿李惠孟庆飞李文杰...
    62-68页
    查看更多>>摘要：Li/CrOx电池具有高能量密度和优异的倍率性能,成为高性能一次锂电池的研究热点.而基于发展具有宽温域和高介电常数的碳酸丙烯酯(PC)电解液体系,对于开发功率高和环境耐受性强的锂一次电池具有重要的应用价值.在本工作中,我们研究了CrOx在PC基电解液中的放电行为,筛选了适配于大电流放电的电解液体系:1 mol∙L-1 LiTFSI PC:DOL(1,3-二氧环戊烷)=1:2;并揭示了在PC基电解液中影响CrOx大电流放电的规律:Li+溶剂化鞘层中溶剂分子配位数以及参与配位的粒子类型,会极大地影响Li/CrOx电池体系的倍率放电性能.低的配位数以及阴离子参与的溶剂化鞘层结构更加适配Li/CrOx电池体系,能够实现大电流放电.这些规律的认识对于推动PC基电解液应用于大倍率Li/CrOx电池体系具有重要指导意义.

    铬氧化物电解液溶剂化结构碳酸丙烯酯锂一次电池

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    磷化调控构筑分层结构的Ni2P催化剂用于高效电氧化尿素

    李清张光勋徐玉霞孙洋洋...
    69-72页
    查看更多>>摘要：尿素电解对于发展可持续、清洁的能源转化技术,以应对全球能源短缺和环境问题的挑战具有重要意义.因此,设计有效的尿素氧化电催化剂,深入了解中心金属离子的电子环境,对实现高性能的尿素基能量转换技术具有重要意义.在本文中,我们成功合成了分层结构的Ni2P纳米片@纳米棒,简称P-Ni2P HNNs,作为能够提高尿素氧化反应效率的高效电催化剂.这一催化剂的设计采用了水解共沉淀-氧化工艺和磷取代法.X射线吸收精细结构谱分析表明,P-Ni2P HNNs具有较高的尿素氧化电化学活性,其中Nin+金属的电子结构能够增强Ni―O―O键的耦合,从而提高了尿素氧化反应的动力学性能.由于Nin+金属活性中心以及结构的巧妙设计,P-Ni2P HNNs表现出卓越的尿素氧化反应活性和稳定性.在10 mA∙cm-2时,其过电位低至132 mV,Tafel斜率为33.7 mV∙dec-1,同时在10 mA∙cm-2时的稳定性可达6 h.此外,采用P-Ni2P HNNs-2/NF作为阳极组装成尿素电解电池.该装置在10 mA∙cm-2时获得1.411 V的低电位,在1.595 V时可达100 mA∙cm-2的高电流密度.本研究提供了一种有效可行的方法,用于设计高效的镍基磷化催化剂,有望推动磷化物在各种能源相关应用方面的进一步研究.

    多孔分层结构磷化策略电催化Ni2P尿素氧化

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    磷酸苄酯和亚磷酸苄酯衍生物与二氧化碳的电化学羧化反应

    刘晓菲王贺陶力任伟民...
    73-76页
    查看更多>>摘要：二氧化碳是无毒、储量丰富、廉价易得的可再生能源,以二氧化碳作为碳源,将其催化转化为高附加值的化学品比如羧酸化合物,对实现碳循环可持续利用具有重要的意义.由于二氧化碳的热力学稳定性和动力学惰性,传统的二氧化碳参与的羧化反应通常需要苛刻的反应条件.与经典的有机合成方法相比,有机电化学合成利用电能驱动反应,不需要额外的化学氧化剂或还原剂,是更安全、可持续和环保经济的有机合成方法.其中,碳卤键或碳杂键与二氧化碳的电化学还原羧化反应可高效获得高附加值羧酸化合物.磷酸酯作为一种良好的离去基团广泛应用于众多有机合成反应.本文发展了在牺牲阳极及非牺牲阳极两种体系中磷酸苄酯和亚磷酸苄酯衍生物与二氧化碳的电化学羧化反应高效合成重要的芳基乙酸类化合物.该反应表现出优异的官能团耐受性,高效且容易放大,为布洛芬、非诺洛芬等芳基乙酸类药物分子提供了一种高效经济绿色的合成方法.通过循环伏安实验和多组对照实验证实磷酸苄酯和亚磷酸苄酯底物在阴极还原生成的苄基自由基和碳负离子是反应关键中间体,同时也不能排除二氧化碳在阴极还原生成CO2·-的可能性.

    电化学羧化反应非牺牲阳极反应二氧化碳磷酸苄酯芳基乙酸

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    采用原位成孔法制备热闭孔特性的高强度聚酰亚胺多孔薄膜

    柏雨婷严岑琪李祯秦家强...
    77-83页
    查看更多>>摘要：提高电池隔膜的热稳定性、化学稳定性和力学强度,可以避免电池发生热失控等安全事故,对于提高电池的安全性能具有至关重要的作用.聚酰亚胺(Polyimide,PI)热稳定性优异、化学稳定性好、力学强度高,是电池隔膜材料的理想选择之一.本文研究了一种具有高温自闭孔性质的热塑性PI多孔薄膜的制备方法,通过将聚酰胺酸与有机碱三乙胺(Triethylamine,TEA)成盐,经热酰亚胺化后释放出TEA,原位成孔制备出具有高强度的PI多孔薄膜.通过红外,扫描电镜,力学性能表征等手段研究了PI多孔薄膜的成孔机理,微观形貌及影响因素,受热自闭孔历程,构效关系.研究结果表明:PI薄膜在热酰亚胺化过程中TEA脱除原位形成孔洞结构,孔洞的尺寸可以通过TEA的含量进行调控.该PI多孔薄膜具有热闭孔特性,且在闭孔前、后均呈现出优异的力学强度(～120 MPa).本文采用原位成孔法构筑了具有优异热稳定性、高力学强度的PI多孔薄膜,该PI多孔薄膜在高温时可自闭孔,隔绝物质、热量的传输,有望为电池提供更有力的安全保障.

    多孔薄膜聚酰亚胺高温自闭孔制备方法力学性能

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    Au/Co3O4-ZnO催化剂上CO2-丙三醇羰基化合成丙三醇碳酸酯

    李亚晋刘会敏马兰刘佳雄...
    84-86页
    查看更多>>摘要：CO2与丙三醇羰基化合成丙三醇碳酸酯是一项前景广阔的CO2利用途径.尽管该反应可以通过热驱动的催化途径实现,但受热力学平衡的限制.在本研究中,我们开发了x Au/20Co3O4-ZnO系列催化剂,并引入太阳光辐射能量来实现光热协同催化反应,以突破热力学限制.由p型半导体Co3O4和n型半导体ZnO复合而成的Co3O4-ZnO氧化物具有异质结构,而负载于Co3O4-ZnO表面的Au纳米粒子具有局域表面等离子体共振(LSPR)效应.我们研究了x Au/20Co3O4-ZnO的可见光吸收性能、光生电子-空穴对分离效率以及Au添加对x Au/20Co3O4-ZnO催化剂光热协同催化性能的影响.此外,我们还研究了Au掺杂对x Au/20Co3O4-ZnO的体相和表面性质(晶相结构、形貌、比表面积、元素结合能、表面酸碱性、还原行为)的影响.研究结果显示,Au/20Co3O4-ZnO的异质结构有助于吸收可见光并提高电子-空穴对的分离效率.负载于Co3O4-ZnO表面的Au纳米颗粒约为50 nm,Au的加入改变了Zn和Co的电子密度,增强了Co物种的还原性,并增加了Co3O4-ZnO表面的氧空位.此外,Au纳米粒子的LSPR进一步提高了Au/20Co3O4-ZnO的可见光吸收能力,并改善了光生电子-空穴对的分离,从而提高了光热协同催化性能.在优化的条件下(150 °C、5 MPa、6 h、25 W可见光照射),2%Au/20Co3O4-ZnO表现出良好的光热协同催化性能,丙三醇碳酸酯的产率为6.5%.这项工作有望为合理设计更好的CO2-丙三醇羰基化制丙三醇碳酸酯光热催化剂提供参考.

    CO2利用丙三醇羰基化丙三醇碳酸酯等离子体金属光热催化

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