2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——新型能源材料的表征與應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)選出每題的最佳答案。）1.下列哪種表征技術(shù)主要用于測(cè)定材料的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成？A.掃描電子顯微鏡（SEM）B.原子力顯微鏡（AFM）C.X射線衍射（XRD）D.X射線光電子能譜（XPS）2.在研究鋰離子電池正極材料結(jié)構(gòu)變化時(shí)，研究者常選用哪種原位表征技術(shù)？A.熱重分析（TGA）B.原位X射線衍射（原位XRD）C.掃描電子顯微鏡（SEM）D.拉曼光譜（RamanSpectroscopy）3.用于分析材料表面元素組成和化學(xué)態(tài)的最常用技術(shù)是？A.能量色散X射線光譜（EDX）B.傅里葉變換紅外光譜（FTIR）C.X射線光電子能譜（XPS）D.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-OES）4.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率與其獨(dú)特的哪種結(jié)構(gòu)有關(guān)？A.分子共軛鏈結(jié)構(gòu)B.立方晶格結(jié)構(gòu)C.層狀結(jié)構(gòu)D.金屬有機(jī)框架結(jié)構(gòu)（MOF）5.對(duì)于觀察材料微觀形貌和表面結(jié)構(gòu)，以下哪種技術(shù)分辨率最高？A.掃描電子顯微鏡（SEM）B.透射電子顯微鏡（TEM）C.原子力顯微鏡（AFM）D.光學(xué)顯微鏡（OM）6.下列哪種材料通常用作鋰離子電池的高能量密度負(fù)極材料？A.鈦酸鋰（Li4Ti5O12）B.磷酸鐵鋰（LiFePO4）C.碳酸鋰（Li2CO3）D.硅基材料（如硅碳復(fù)合負(fù)極）7.X射線光電子能譜（XPS）主要用于分析材料的？A.元素組成和化學(xué)鍵合狀態(tài)B.晶體結(jié)構(gòu)和晶粒尺寸C.表面形貌和微區(qū)成分D.材料的宏觀力學(xué)性能8.氫燃料電池中，用于傳導(dǎo)質(zhì)子（H+）的電解質(zhì)材料是？A.陽(yáng)極催化劑B.陰極催化劑C.固態(tài)電解質(zhì)D.雙極板9.某材料的XRD圖譜顯示只有單一衍射峰，這通常說(shuō)明該材料是？A.多晶材料B.無(wú)定形材料C.單晶材料D.纖維狀材料10.下列哪種新型能源材料近年來(lái)在儲(chǔ)能領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，具有高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的特點(diǎn)？A.鋰空氣電池B.鋰硫電池C.鈉離子電池D.鉀離子電池二、填空題（每空2分，共10分。請(qǐng)將答案填寫(xiě)在橫線上。）1.利用電子束作為照明源，通過(guò)探測(cè)二次電子或背散射電子來(lái)成像材料的微觀形貌的表征技術(shù)是________。2.________是指材料在受到外界刺激（如光、電、磁、熱）時(shí)，其物理性質(zhì)發(fā)生可逆變化的特性。3.原位表征技術(shù)是指在________條件下對(duì)材料進(jìn)行表征，以研究材料結(jié)構(gòu)、性能隨環(huán)境或時(shí)間的變化。4.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料ABX3的通式結(jié)構(gòu)中，A位通常由________離子填充。5.為了防止樣品在表征過(guò)程中氧化或分解，對(duì)于某些活性較高的能源材料，通常需要在高真空或惰性氣氛（如氬氣）條件下進(jìn)行測(cè)試。三、簡(jiǎn)答題（每題10分，共30分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題。）1.簡(jiǎn)述X射線衍射（XRD）技術(shù)的基本原理及其在能源材料研究中的主要應(yīng)用。2.解釋掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）在分辨率、樣品制備和主要觀察對(duì)象方面的主要區(qū)別。3.闡述X射線光電子能譜（XPS）技術(shù)如何用于分析材料的表面元素組成和化學(xué)態(tài)信息。四、綜合應(yīng)用題（共40分。請(qǐng)根據(jù)要求作答。）1.某研究團(tuán)隊(duì)合成了一種新型鈷基氧化物（CoOx）作為鋰離子電池的催化劑材料。他們進(jìn)行了以下表征實(shí)驗(yàn)：*使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了樣品的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)其為納米顆粒狀。*使用X射線衍射（XRD）分析了樣品的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)果顯示除了CoO的衍射峰外，還觀察到一些弱峰，初步判斷可能存在其他物相。*使用X射線光電子能譜（XPS）分析了樣品的表面元素組成和化學(xué)態(tài)，主要發(fā)現(xiàn)了Co和O的存在，Co2p譜圖中除了典型的Co-O鍵峰外，還觀察到一個(gè)小峰，位于結(jié)合能更高的位置。*該材料被用作電催化劑時(shí)，表現(xiàn)出良好的催化活性。請(qǐng)結(jié)合上述表征結(jié)果，分析該鈷基氧化物催化劑材料的結(jié)構(gòu)特征（包括物相、形貌）、表面元素組成及化學(xué)態(tài)，并簡(jiǎn)要說(shuō)明這些特征與其作為電催化劑性能的潛在關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.B5.C6.D7.A8.C9.C10.B二、填空題1.掃描電子顯微鏡（SEM）2.光電效應(yīng)3.一定或特定4.陽(yáng)離子5.高真空或惰性氣氛（如氬氣）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先說(shuō)明XRD原理（利用布拉格定律，X射線與晶體晶面發(fā)生衍射）。然后說(shuō)明其在能源材料研究中的應(yīng)用，如：測(cè)定材料的晶體結(jié)構(gòu)、物相組成（鑒定雜質(zhì)相）、晶粒尺寸、晶格缺陷、相變等，這些都直接關(guān)系到材料的性能（如鋰離子電池材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、太陽(yáng)能電池材料的結(jié)晶度等）。2.解析思路：從分辨率入手，TEM遠(yuǎn)高于SEM（可達(dá)原子級(jí)vs幾納米）。然后說(shuō)明樣品制備差異，SEM通常需要噴金導(dǎo)電處理，樣品可厚可薄；TEM需要制備超薄切片或懸浮液，對(duì)樣品制備要求高。最后說(shuō)明主要觀察對(duì)象，SEM側(cè)重表面形貌和微區(qū)成分；TEM可觀察薄區(qū)內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、晶體取向等。3.解析思路：首先說(shuō)明XPS原理（利用X射線光子轟擊樣品，使樣品表面原子內(nèi)層電子激發(fā)并逸出，根據(jù)逸出電子的能量（結(jié)合能）進(jìn)行能譜分析）。然后說(shuō)明如何分析元素組成（不同元素原子逸出電子的動(dòng)能不同，結(jié)合能特征峰位置可定性識(shí)別元素；峰強(qiáng)度與該元素原子數(shù)量相關(guān)，可半定量分析）。最后說(shuō)明如何分析化學(xué)態(tài)（同種元素因化學(xué)鍵合環(huán)境不同，其結(jié)合能會(huì)發(fā)生位移，通過(guò)分析結(jié)合能峰的位置和精細(xì)結(jié)構(gòu)，可以確定表面元素的化學(xué)態(tài)，如金屬態(tài)、氧化態(tài)、氟化物等）。四、綜合應(yīng)用題解析思路：首先逐條解讀表征結(jié)果。*SEM結(jié)果：說(shuō)明樣品具有納米顆粒狀結(jié)構(gòu)，這可能有利于提供更大的比表面積，增加反應(yīng)接觸位點(diǎn)。*XRD結(jié)果：說(shuō)明樣品主要為CoO物相，但存在其他未明確標(biāo)識(shí)的物相。這提示材料可能不是純相，雜質(zhì)相的存在可能影響其催化性能（或提供額外的活性位點(diǎn)）。*XPS結(jié)果：確認(rèn)表面主要有Co、O元素。Co2p譜圖的高結(jié)合能小峰，通常歸屬為Co的+3價(jià)態(tài)（Co3?），這可能意味著除了主要的Co2?（與O形成Co-O鍵）外，材料表面還存在部分Co3?物種。*結(jié)合催化活性：將表征信息與性能關(guān)聯(lián)。*納米顆粒結(jié)構(gòu)可能有利于活性