电容去离子海水铀的机遇与挑战
严国泽, 左彬, 刘少卿, 王桃, 王若愚, 包锦洋, 赵忠舟, 储菲菲, 李政通, YusukeYamauchi, SaadMelhi, 徐兴涛
【物理化学学报】doi: 10.3866/PKU.WHXB202404006
铀是核工业不可或缺的资源,而陆基铀矿资源含量有限且分布不均。因此,海水提铀(UES)对可持续能源生产具有巨大潜力。电容去离子(CDI)技术以其低能耗、工艺简单、对环境友好和高吸附效率而闻名,对UES具有重要潜力。本文回顾了CDI技术的发展历史、原理、分类和应用。在发展历史部分,我们简要介绍了CDI技术的早期发展,并强调了其在UES中的关键里程碑以及近期优化工作。在原理和分类部分,我们将CDI技术置于UES应用的背景下,进行了全面介绍。另外,在应用部分,我们重点介绍了CDI技术在UES中的当前应用。此外,本文详细阐述了CDI技术在UES中的当前研究现状及其在吸附性、选择性和经济效益方面的优势。在吸附性方面,CDI技术通过精心优化电极结构和材料选择,展现了其吸附铀离子的效率。在选择性方面,CDI技术通过灵活调控电极材料和操作参数,有选择性地提取铀,同时减轻了来自竞争离子的干扰,从而提高了提取效率。在经济性方面,CDI技术因其低能耗和经济性脱颖而出,促进了高效的铀提取,且在UES领域具有与替代方法相比的实质经济优势。最后,我们讨论了该技术在铀提取过程中的挑战因素(竞争离子、盐度、pH值和生物污损),旨在探讨使用CDI技术进行UES的可行性和经济效益,并为进一步优化和推广CDI技术在UES中的应用提供理论支持。此外,我们还致力于通过引入材料信息学来解决CDI在提铀过程中存在的一些当前挑战,并展望该问题的未来发展。本文为CDI技术在UES中的发展和工业进展提供了实用的见解,旨在为后续CDI海水提铀研究提供宝贵的参考,以促进海水资源的可持续利用。
关键词: 电容去离子, 海水提铀, 经济效益, 挑战因素, 材料信息学
电容去离子锂技术中电极材料的研究进展
陈泽秋, 蔡黎淼, 关杰, 李瞻洋, 王昊, 郭耀广, 徐兴涛, 潘丽坤
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100089
随着新能源领域对锂资源需求的持续增长,开发高效的锂提取技术变得及其重要。然而,由于其高能耗和可能引发的二次污染问题,传统的锂提取和回收技术具有实际应用和发展的局限性。电容去离子(CDI)技术作为一种新兴的锂提取技术,在效率、成本效益和能源消耗方面展现出巨大的潜力。本综述从文献计量入手,剖析了CDI提锂的关键研究主题,进而全面总结了在CDI提锂技术中电极材料的最新进展,并探讨了使用这些材料构建的各种CDI系统类型。本研究详细阐明了CDI系统中用于锂资源回收的主要电极材料——水系锂离子电极材料(包括LiFePO4、LiMn2O4、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等)及其修饰材料(包括碳纳米管、石墨烯、MOF等)。此外,本文讨论了通过不同的电容去离子(CDI)系统提高锂提取效率,并评估了各种先进电极材料在这些系统中的性能。文末强调了机器学习在CDI提锂领域的应用潜力,并期望本研究将为未来开发基于CDI的高效锂提取系统提供坚实的理论基础和实践指导。
关键词: 电容去离子, 锂离子提取, 电化学, 电极材料
电化学锂中的法拉第材料:进展、挑战与性能强化方法
王雷, 张盼盼, 郭志远, 汪婧, 马杰, 纪志永
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100127
电动汽车行业的快速增长导致锂产品需求激增,推动了先进锂提取技术的发展。其中,电化学提锂技术因其优异锂选择性(相较于竞争性阳离子,如Na+和Mg2+)、高能效和环境可持续性被认为具有发展前景。关于法拉第材料、操作模式/参数和装置构型的研究已大量发表。尽管已有一些关于电化学提锂技术的综述发表,但仍缺乏系统性总结电化学提锂中法拉第材料研究进展、分析其固有性质如何影响提锂性能并阐明性能增强策略与关键提锂性能指标之间联系的全面综述。在此,我们系统地介绍了电化学提锂技术的原理并汇总了文献中涉及的所有性能指标,包括锂离子嵌入容量、锂离子提取速率、容量保持率、选择性系数(或纯度)、能耗和电流效率。我们全面分析了用于电化学提锂的法拉第材料,其中包括LiFePO4、LiMn2O4、层状镍钴锰氧化物、Li3V2(PO4)3和Li1.6Mn1.6O4,构建了其性质与性能间的内在关系,并比较了每种材料的优缺点。此外,我们对不同的性能增强策略进行了分类和评估,包括材料设计方法(如3D结构制造、晶体调控、元素掺杂和表面包覆),以及涉及进水流向、充放电模式和操作参数等方面的条件优化方法,并进一步阐明了每种方法如何影响电化学提锂的某一/某些性能及其内在影响机制。我们同时综述了基于每种法拉第材料的电化学提锂技术的工业化进展及材料成本。本综述旨在通过建立材料设计、操作条件优化和性能结果间的联系,为从事新型电化学提锂法拉第材料研究的学者和工程师提供有价值的见解,并启发法拉第材料开发和工艺优化的创新方法,为实现更可持续和更具成本效益的卤水锂资源开发提供参考。
关键词: 法拉第材料, 提锂, 性能强化, 电化学方法
通过热压法构建具有高效离子传输路径的无溶剂LiFePO4卤水锂电极
张慧, 赵子健, 王雅静, 倪凯, 王彦飞, 朱亮, 刘建允, 赵晓昱
【物理化学学报】doi: 10.1016/j.actphy.2025.100130
构建具有优异离子传输特性的高载量电极,对于通过电化学方法从卤水中高效提取锂至关重要。本文报道了一种无溶剂热压策略,用于制造结构优化的LiFePO4电极,该电极具有优异的电化学性能和机械稳定性。通过采用蚀刻钛箔作为集流体,并引入多壁碳纳米管作为导电添加剂,成功构建了三维互连的多孔结构,从而加速了离子扩散并提高了电极结构的完整性。基于Micro-CT和Avizo分析的结果表明:与传统湿法涂覆电极相比,热压电极具有更高的孔隙率、更低的曲折度以及更连通的离子传输通道。电化学测试表明,热压电极具有更高的锂离子扩散系数和更低的电荷转移电阻。在优化条件下,质量负载为19.4 mg cm-2的热压电极在Uyuni模拟卤水中经过15次循环后,锂提取容量达到4.13 mg cm-2,纯度为93.91%。本研究建立了一种可扩展的热压方法,并阐明了其在锂选择性电化学分离中的基本物理化学优势。
关键词: 热压, 无溶剂, 离子传输路径, 电化学锂提取
”上揭秘
陈高燕, 王超越, 张学鑫, 王文聪, 王俊科, 宗盈晓
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202504070
讲述了小月和她的硕士导师陈教授在山丹军马场的经历,他们了解了马易受惊吓的原因、马的“裂唇嗅”交流方式,并探讨了运动马的科学饲养管理、身体性能及生理结构。文章还揭示了汗血宝马“流血”现象的科学机制,并介绍了马匹在科学饮食、特殊生理结构及激素协同调节下展现出的卓越运动能力。
关键词: 生理结构, 科学饮食, 激素调节
以梦为,诗“酒”趁年华
张天龙, 宋晨佳, 赵文敏, 汤宏胜, 李延, 李华
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202403076
酒,乃天地之精华,文化之载体,品一杯佳酿,如同品一段历史,品一份人生。白酒在各种场合中发挥着重要作用,它不仅仅是一种饮品,还寄托着人们对美好生活的向往和追求。本文采用生动形象的对话形式,通俗易懂地描述了白酒酿制的五个主要过程——选料、糖化、发酵、蒸馏和陈酿,重点介绍了其中的主要化学成分以及酿制过程中的化学反应,白酒的酿造过程体现了匠心独运的精神以及酒文化的博大精深。通过品味白酒,可以更好地感悟人生的哲理和智慧。好酒需要陈放才能更加醇香,人生也需要经历岁月的沉淀才能更加丰富多彩。
关键词: 白酒, 酿制, 科普, 化学物质
BiOCl/聚苯胺的制备及其光催化降解罗丹B性能
张霞, 白羽石, 常熙, 张晗, 张灏昱, 彭利满, 黄姝姝
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240255
采用原位聚合法制备了氯氧化铋(BiOCl)与聚苯胺(PANI)复合的Ⅱ型异质结光催化剂BiOCl/PANI,并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和N2吸附-脱附测试等多种技术手段对其进行了表征,考察了BiOCl/PANI在模拟可见光下对罗丹明B (RhB)的光催化降解性能。实验结果表明:BiOCl/PANI催化剂比PANI和BiOCl具有更高的光催化活性,在RhB质量浓度为50 mg·L-1、PANI与BiOCl的物质的量之比为0.02∶1、50 mg·L-1的催化剂条件下,所制备的BiOCl/PANI光催化150 min后,RhB降解率为98.8%,速率常数为0.031 min-1;经过4次循环实验后,RhB降解率从98.8%降低至98.4%,表现出良好的稳定性和可重复利用性。光催化剂BiOCl/PANI实现了电子和空穴对的快速分离,降低了二者在催化剂内部的复合速率,提高了光催化性能。
关键词: 光催化, Ⅱ型异质结, BiOCl/polyaniline, 罗丹明B
荧光定量分析实验的改进——化学计量学辅助的三维荧光法同时测定食品中的罗丹6G和罗丹123
文密, 贾宝硕, 柴永琪, 王童, 刘剑波, 吴海龙
【大学化学】doi: 10.12461/PKU.DXHX202405147
仪器分析实验“分子荧光法测定罗丹明B的含量”存在实验过于简单、未考虑实际情况等问题。因此,本改进实验在三维荧光扫描模式下获取样本数据,不进行复杂预处理,而是运用化学计量学算法解析出目标分析物的纯信号,进而实现了染色辣椒中罗丹明6G和123的同时测定。本改进实验提高了学生全面考虑问题和创新解决问题的能力。
关键词: 罗丹明6G, 罗丹明123, 三维荧光, 化学计量学, 染色辣椒
Construction and photocatalytic properties toward rhodamine B of CdS/Fe3O4 heterojunction
Yuan CONG, Yunhao WANG, Wanping LI, Zhicheng ZHANG, Shuo LIU, Huiyuan GUO, Hongyu YUAN, Zhiping ZHOU
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20240219
A simple two-step hydrothermal method synthesized four different CdS/Fe3O4 photocatalysts with varying ratios of mass of CdS to Fe3O4. The composition and morphology of the prepared samples were investigated using X-ray diffraction (XRD), Raman spectrum, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). Solid UV reflectance spectra testing found that CdS/Fe3O4 nanocomposites had good light absorption throughout the spectral range, promoting their photocatalytic properties. Under visible light irradiation, CdS/Fe3O4 (2:5) with a mass ratio of 2:5 exhibited excellent photocatalytic performance, with a degradation rate of 98.8% for rhodamine B. Furthermore, after five cycles of photocatalytic degradation reaction, the rhodamine B degradation rate remained at 96.2%, indicating that the photocatalysts have good photocatalytic stability.
关键词: CdS/Fe3O4, photocatalyst, degradation rate, rhodamine B
Corn straw-derived carbon/BiOBr composite: Synthesis and photocatalytic degradation performance for rhodamine B
Jin ZHANG, Yuting WANG, Bin YU, Yuxin ZHONG, Yufeng ZHANG
【无机化学学报】doi: 10.11862/CJIC.20250028
A flower-like BiOBr photocatalyst (CS/BiOBr) was prepared by using the carbon material derived from corn straw (CS) as the carrier. The prepared composites were characterized by X - ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FIIR) spectra, scanning electron microscope (SEM), X - ray photoelectron spectra (XPS), and UV-Vis diffuse reflectance spectra (UV-Vis DRS). The SEM analyses indicate that the introduction of CS promotes the formation of a unique flower-like structure in BiOBr, which not only optimizes the efficiency of light capture but also increases the specific surface area of BiOBr. The bandgap of the composite was narrower compared with the pure BiOBr. The CS/BiOBr composites exhibited higher photocatalytic activity than pure CS and BiOBr under visible light irradiation, and a higher first-order reaction rate constant (k) of 0.043 7 min-1 than BiOBr (0.014 6 min-1), and exhibited excellent stability and reusability during the cyclic run. The enhanced photocatalytic activity is attributed to the efficient separation of photoinduced electrons and holes. Superoxide radicals and holes were the major active species.
关键词: corn straws, agricultural waste, BiOBr, photocatalysis, rhodamine B

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