2025年大學(xué)《應(yīng)用化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——應(yīng)用化學(xué)在新材料中的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意。）1.在光生電子-空穴對(duì)產(chǎn)生后，為提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，關(guān)鍵在于減小哪種損失？A.帶隙寬度B.少數(shù)載流子壽命C.載流子遷移率D.吸光系數(shù)2.下列哪種材料不屬于典型的金屬有機(jī)框架（MOF）材料？A.ZIF-8B.MCM-41C.Cu-BTCD.IRMOF-13.提高熱電材料熱電優(yōu)值（ZT）的物理基礎(chǔ)之一是提高其功率因子（S2σ），其中σ代表什么？A.熱導(dǎo)率B.塞貝克系數(shù)C.熱擴(kuò)散率D.電導(dǎo)率4.在鋰離子電池中，用作負(fù)極材料的主要功能是？A.提供鋰離子B.接受鋰離子C.傳導(dǎo)電子D.電解質(zhì)溶劑5.電催化劑用于析氧反應(yīng)（OER），提高其催化活性的一個(gè)重要策略是？A.增加反應(yīng)物濃度B.降低反應(yīng)溫度C.調(diào)控其表面電子結(jié)構(gòu)D.減小電極尺寸6.某種半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)具有直接帶隙特性，這意味著？A.電子從導(dǎo)帶躍遷到價(jià)帶需要吸收聲子B.電子從導(dǎo)帶躍遷到價(jià)帶不需要吸收聲子C.該材料不適用于光電器件D.該材料的禁帶寬度為零7.壓電材料在受到機(jī)械應(yīng)力時(shí)能產(chǎn)生電壓，這一現(xiàn)象的基礎(chǔ)是？A.壓電效應(yīng)B.法拉第電解質(zhì)效應(yīng)C.光電效應(yīng)D.熱電效應(yīng)8.對(duì)于用于CO2電催化還原的催化劑，以下哪種性能通常是最重要的？A.高電導(dǎo)率B.高穩(wěn)定性C.低選擇性D.高成本9.某種新型儲(chǔ)能材料具有快速充放電能力，能量密度適中，但循環(huán)壽命較短，它最有可能是什么類型的器件？A.鋰離子電池B.超級(jí)電容器C.燃料電池D.鉛酸電池10.下列哪種表征技術(shù)最適合用于分析材料的表面元素組成和化學(xué)態(tài)？A.X射線衍射（XRD）B.透射電子顯微鏡（TEM）C.X射線光電子能譜（XPS）D.拉曼光譜二、填空題（每空2分，共20分。）1.半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池的基本工作原理是利用半導(dǎo)體材料的光生________和________產(chǎn)生電流。2.熱電材料的基本參數(shù)包括電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)，其中________是衡量材料傳遞熱量能力的物理量。3.在鋰離子電池中，隔膜的主要作用是________，同時(shí)允許鋰離子通過。4.催化劑在能量轉(zhuǎn)換過程中通常通過降低反應(yīng)的________來提高反應(yīng)速率。5.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)之一是其具有較高的________，有助于提高光吸收效率。6.超級(jí)電容器相比傳統(tǒng)電池具有更高的________和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。7.摩擦電轉(zhuǎn)功效應(yīng)是指兩種不同材料通過________或________相互摩擦?xí)r產(chǎn)生電荷分離的現(xiàn)象。8.金屬有機(jī)框架（MOF）材料由于其可設(shè)計(jì)的孔道結(jié)構(gòu)，在氣體________和________方面具有潛在應(yīng)用。9.提高能量轉(zhuǎn)換器件性能的途徑之一是優(yōu)化材料的________和________。10.表征材料微觀結(jié)構(gòu)和性能的常用技術(shù)包括掃描電子顯微鏡（________）、X射線衍射（________）等。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分。）1.簡(jiǎn)述影響鋰離子電池循環(huán)壽命的主要因素。2.比較光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)在能量轉(zhuǎn)換方面的主要區(qū)別。3.簡(jiǎn)述提高熱電材料熱電轉(zhuǎn)換效率的“價(jià)帶調(diào)控”策略的基本思想。4.簡(jiǎn)述電催化劑在進(jìn)行析氧反應(yīng)（OER）時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)。5.簡(jiǎn)述金屬有機(jī)框架（MOF）材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的一個(gè)潛在優(yōu)勢(shì)。四、論述題（每題10分，共30分。）1.論述提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的主要挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)策略。2.論述電催化劑在燃料電池中的應(yīng)用原理及其重要性。3.論述材料科學(xué)在推動(dòng)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展中的核心作用。---試卷答案一、選擇題1.B2.B3.D4.B5.C6.B7.A8.B9.B10.C二、填空題1.電子，空穴2.熱導(dǎo)率3.隔離正負(fù)極4.活化能5.光吸收系數(shù)6.充放電倍率（或倍率性能）7.接觸，摩擦8.儲(chǔ)存，分離9.能量轉(zhuǎn)換效率，功率密度10.SEM，XRD三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：影響鋰離子電池循環(huán)壽命的核心在于電極材料在反復(fù)充放電過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。主要包括：活性物質(zhì)顆粒在充放電過程中發(fā)生體積膨脹和收縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)粉化或破裂；電解液與電極材料發(fā)生副反應(yīng)，消耗活性物質(zhì)或形成鈍化層；固體電解質(zhì)界面（SEI）膜不穩(wěn)定或持續(xù)增厚影響離子傳輸?shù)?。?jiǎn)述其中兩點(diǎn)或三點(diǎn)即可。2.解析思路：光電效應(yīng)是指光子能量被材料吸收后，激發(fā)電子躍遷到更高能級(jí)（導(dǎo)帶），產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)，從而產(chǎn)生電流或光電流的現(xiàn)象，核心是能量轉(zhuǎn)換（光能->電能）。光熱效應(yīng)是指材料吸收光能后，將部分能量以熱量形式耗散，導(dǎo)致材料溫度升高的現(xiàn)象，核心是能量的吸收和熱量傳遞。兩者主要區(qū)別在于最終能量形式的轉(zhuǎn)化不同。3.解析思路：熱電材料的Seebeck系數(shù)（S）與材料的能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。價(jià)帶頂?shù)碾娮討B(tài)密度和費(fèi)米能級(jí)位置對(duì)S值有決定性影響?！皟r(jià)帶調(diào)控”策略通常指通過摻雜、表面修飾、缺陷工程等方法改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，特別是調(diào)整價(jià)帶頂?shù)男螤詈臀恢?，使其更接近費(fèi)米能級(jí)，從而優(yōu)化其塞貝克系數(shù)，進(jìn)而提高熱電優(yōu)值ZT。4.解析思路：OER是一個(gè)多電子、多步驟的復(fù)雜非平衡電化學(xué)反應(yīng)。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：反應(yīng)過程中涉及較大的電勢(shì)壘（過電位）；氧中間體的吸附和后續(xù)的解吸步驟是速率控制步驟，通常難以進(jìn)行；生成的氧化物層可能覆蓋活性位點(diǎn)，導(dǎo)致催化劑失活；需要較高的工作電壓，增加能量損耗等。5.解析思路：MOF材料的優(yōu)勢(shì)在于其結(jié)構(gòu)高度可調(diào)，可以設(shè)計(jì)具有特定孔徑、化學(xué)環(huán)境和表面性質(zhì)的孔道結(jié)構(gòu)。這使得MOF材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有潛在優(yōu)勢(shì)，例如：可以作為高效的電極材料或載體，用于吸附儲(chǔ)能（如氫氣、鋰電池電極材料）；其開放性孔道可以容納和穩(wěn)定催化位點(diǎn)，用于電催化或光催化儲(chǔ)能過程；可以作為固體電解質(zhì)或離子導(dǎo)體等。四、論述題1.解析思路：論述需首先指出鈣鈦礦材料雖然光電轉(zhuǎn)換效率高，但穩(wěn)定性（特別是對(duì)濕度、光照、熱和離子遷移的穩(wěn)定性）是其商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙。挑戰(zhàn)主要源于鈣鈦礦材料的離子晶格結(jié)構(gòu)相對(duì)較軟，容易發(fā)生水解析、光分解和離子遷移。應(yīng)對(duì)策略可從材料設(shè)計(jì)、器件工程和界面修飾等方面展開：①材料設(shè)計(jì)上，通過引入缺陷、合金化、鈍化層（如Al摻雜、鹵素互替）來增強(qiáng)晶格穩(wěn)定性；②器件工程上，采用頂空/底空結(jié)構(gòu)、優(yōu)化封裝技術(shù)、引入保護(hù)層等隔絕惡劣環(huán)境；③界面修飾上，通過鈍化層或界面層抑制電荷復(fù)合和離子遷移?？偨Y(jié)時(shí)需強(qiáng)調(diào)多策略結(jié)合的重要性。2.解析思路：論述需闡述燃料電池的基本工作原理，即通過電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料（通常是氫氣）的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和水。電催化劑在此過程中扮演著至關(guān)重要的角色：①降低電化學(xué)反應(yīng)（如氫氣氧化、氧氣還原）的活化能，增大反應(yīng)速率，從而降低電池所需的工作電壓，提高能量轉(zhuǎn)換效率；②提高反應(yīng)的選擇性，減少副反應(yīng)的發(fā)生，提高燃料利用率和電池壽命；③改善電極的電子結(jié)構(gòu)和表面形貌，增加活性位點(diǎn)。因此，開發(fā)高效、穩(wěn)定、低成本的電催化劑是提升燃料電池性能和推動(dòng)其廣泛應(yīng)用的核心技術(shù)之一。3.解析思路：論述應(yīng)從材料科學(xué)的核心能力出發(fā)，闡述其在能量轉(zhuǎn)換技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵作用：①材料設(shè)計(jì)與創(chuàng)造：材料科學(xué)提供了從原子、分子尺度設(shè)計(jì)、合成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的新材料的能力，如高效催化劑、高性能電極材料、新型儲(chǔ)能介質(zhì)等，是能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)；②結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究：通過各種表征和計(jì)算模擬手段，深入理解材料的微觀結(jié)構(gòu)（晶體結(jié)構(gòu)、缺陷、表面形貌等）與其宏觀性能（電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、催化活性等）之間的構(gòu)效關(guān)系，為優(yōu)化材料性能提供理論指導(dǎo)；③制備工藝與性能調(diào)控：材料科學(xué)不斷發(fā)展新的制備方法（如納米技術(shù)