铝电解时不同掺杂碳阳极的电催化活性研究

本文旨在研究通过掺杂来增大碳阳极的电催化活性,从而降低超电压,达到节能的目的。用稳态恒电位法测定了1000℃下,Na_3AlF_6-Al_2O_3(饱和)熔体中碳阳极上的超电压,发现掺有微量CrCl_3,Li_2CO_3,RuCl_3等物质的电极具有明显电催化作用,在工业电流密度范围内,其超电压比原来掺未杂的碳阳极可降低0.2V左右。估算的节能效果最高可达6.0%,每产吨铝的电耗可降低600～900kWh.本文还对掺杂作用及其电化学机理作了初步探讨。     

铝电解用SnO_2基惰性阳极的研究

所研制的电极在电解温度下的电阻率为(0.6～1.4)×10~(-3)Ω·cm,比碳素阳极低得多,腐蚀速率为(0.5～3)×10~(-3)g/cm~2·h,在0.6～1.0A/cm~2的范围内析氧超电压为0.1～0.2V,小型电解实验的电流效率为86%～88%。本文还讨论了SnO_2基惰性阳极在工业上应用的前景及经济性问题。     

Ni_2O_3掺杂对SnO_2-Zn_2SnO_4复合陶瓷电学性质的影响

采用传统陶瓷工艺制备了Ni_2O_3掺杂的SnO_2-Zn_2SnO_4复合陶瓷,并测试了样品的压敏性质和介电频谱。压敏性质测试结果表明:随着Ni_2O_3掺杂量的增加,样品的非线性系数先减小后增大,压敏电压先升高后降低。当掺杂0.45%mol Ni_2O_3时,样品的非线性系数最小值为3.8,压敏电压最高值为63 V/mm。介电频谱显示:随着测试频率的增加,所有样品的相对介电常数εr均明显降低。低频下,样品的相对介电常数随着Ni_2O_3掺杂量的增加先减小再增大。当不掺杂Ni_2O_3,测试频率为40 Hz时,样品的相对介电常数达7 000左右,而其介电损耗却为最低值。Ni_2O_3掺杂引起SnO_2-Zn_2SnO_4复合陶瓷微观结构改变,从而使其压敏性质和介电性质改变。     

负载Ru的金属基体整体式阳极Al_2O_3催化剂上煤油的水蒸气重整反应

使用板式金属基体整体式阳极Al_2O_3催化剂载体γ-Al_2O_3/Fe-Cr-Ni合金/γ-Al_2O_3(MPAA),通过溶液浸渍法制备一系列负载Ru的催化剂,研究催化剂在煤油水蒸气重整(SRK)反应中的性能。结果表明:与Ru浸渍负载后500℃空气中焙烧的多孔阳极Al_2O_3载体的催化剂Ru/MPAA-C相比,120℃烘干的催化剂Ru/MPAA-D显示了更高的Ru分散度和更好的催化剂活性及耐久性;高温N_2预处理可以完全分解Ru/MPAA-D催化剂上的前驱体; H_2预还原不是Ru/MPAA-D上煤油水蒸气重整反应的必要步骤;Ce的添加明显改善了煤油水蒸气重整反应中催化剂的抗积炭性能,从而提高了催化剂SRK耐久性。在高液时空速(40 mL/(g·h))下,添加1.25%Ce的Ru/1.25Ce/MPAA-D催化剂表现出了优于商业催化剂的耐久性,显示了其产业化的可能性。     

一种新型La掺杂PbO_2电极用于X-GRL降解的研究

为提高PbO_2电极对阳离子红X-GRL的去除效果,利用热分解电沉积法制备稀土La掺杂PbO_2电极(Ti/SnO_2-Sb_2O_3/PTFE-La-β-PbO_2,简写Ti/La-PbO_2).之后,根据电极对X-GRL及其TOC的去除效果,确定La的最佳掺杂比为Pb∶La=200mol∶2mol.通过对电流密度、电解质浓度和X-GRL的初始质量浓度等不同的参数条件优化,确定最佳降解条件为电流密度50mA/cm~2,电解质(Na_2SO_4)浓度0.10mol/L,X-GRL初始质量浓度100mg/L.在此条件下降解2h后,X-GRL及其TOC的去除率分别达到93.48%和52.07%.同时,采用扫描式电子显微镜(SEM)对电极表面进行分析,结果显示La掺杂PbO_2电极表面具有致密的结构和较好的结晶取向,有利于提高电极的催化活性并最终提高X-GRL的矿化程度.最后,利用了循环伏安法(CVs)验证了La掺杂PbO_2电极具有较高的析氧电位和电化学活性.     

电化学表面处理和Ti掺杂制备高光电化学性能的Fe_2O_3光阳极（英文）

通过金属有机物分解的方法合成了Ti掺杂Fe_2O_3光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对Fe_2O_3光阳极进行表征,并对Fe_2O_3光阳极进行了光电化学表征.为了提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电性能,对Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的Ti掺杂浓度进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电化学性能.说明Ti掺杂和电化学表面处理可以增加Fe_2O_3光阳极光电流.基于Mott-Schottky曲线和电化学阻抗谱(EIS)分析了Fe_2O_3光阳极光电流增加的机理.     

电化学表面处理和Ti掺杂制备高光电化学性能的Fe2O3光阳极

通过金属有机物分解的方法合成了Ti掺杂Fe_2O_3光阳极.通过XRD、紫外—可见吸收光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)对Fe_2O_3光阳极进行表征,并对Fe_2O_3光阳极进行了光电化学表征.为了提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电性能,对Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的Ti掺杂浓度进行了优化.光电化学测试结果表明电化学表面处理能够提高Ti掺杂Fe_2O_3光阳极的光电化学性能.说明Ti掺杂和电化学表面处理可以增加Fe_2O_3光阳极光电流.基于Mott-Schottky曲线和电化学阻抗谱(EIS)分析了Fe_2O_3光阳极光电流增加的机理.     

甲醛气体传感器的研究

以纳米材料SnO_2、Zn O为原料的气敏传感器对大多数VOC气体具有敏感性.以SnO_2和ZnO为基料制作旁热式甲醛气敏元件,并比较二者的气敏特性.选用对甲醛敏感的SnO_2材料作为元件基料,为改善其对甲醛的气敏特性,选择0.3%La_2O_3、0.5%La2O3、0.7%La_2O_3的3种比例掺杂,运用控制变量法分别在不同烧结温度和不同工作温度下进行测试.结果表明:掺杂0.3%La_2O_3的SnO_2气敏元件在烧结温度为700℃,工作温度为300℃下对甲醛的气敏特性良好.     

Mn2+掺杂不锈钢基β-PbO2电极制备及电催化性能

在硝酸铅镀液中添加Mn(NO3)2,直流电沉积方法制备不锈钢基β-PbO2电极.利用SEM、EDS表征电极的形貌和Mn含量,阳极极化曲线和动力学参数表征电极的电催化活性.结果表明:Mn(NO3)2的添加量为6g/L时,表面形貌为颗粒状,排列紧凑,其电催化活性最好.掺杂Mn2+制备的不锈钢基β-PbO2电极与Pb-(1%)Ag合金阳极相比,槽电压降低,电流效率提高.     

Mn_3O_4修饰石墨阳极MFC的产电性能与阳极电容特性

制备了Mn_3O_4修饰石墨阳极。在微生物燃料电池(MFC)中研究了Mn_3O_4对MFC产电性能及阳极电容特性的影响。Mn_3O_4修饰阳极的MFC最大功率密度为255mW/m2,比对照组提高了25%。Mn_3O_4修饰阳极的MFC比电容为14.7mF/cm2,比对照组提高了88%。在电化学阻抗(EIS)测试中,创建了R(Q(R(QR)))(QR)模型,对MFC内阻与电容的组成和大小进行了分析。测试表明,Mn_3O_4修饰电极降低了生物膜和电极界面的电荷转移内阻,增大了生物膜和电极界面的赝电容,从而提高了MFC的产电能力和间歇式放电MFC的能量利用率。     

利用固体电解质在CaCl_2熔盐中电解固态SiO_2制备Si

通过对固态SiO_2的理论分解电压进行计算,比较分析了惰性阳极和炭阳极条件下SiO_2电解还原的特点。利用ZrO_2(Y_2O_3)固体电解质管集成构建以Pt,O_2(Ar)|ZrO_2(Y_2O_3)为参比电极的三电极电解池,研究了惰性阳极条件下在CaCl_2熔盐中电解固态SiO_2阴极绿色制备Si的可行性。理论计算结果表明,SiO_2在惰性阳极条件下进行电解还原相比使用炭阳极时难度较大,降低气相中的氧分压有利于SiO_2的电解还原。实验结果表明,在惰性阳极条件下借助三电极电解池电解SiO_2可以成功制备Si,相应电解过程可用三相界线反应机制进行解释。     

对痕量甲醛气体敏感的SnO_2-NiO纳米材料的X射线光电子谱研究

本文研究了对痕量甲醛气体敏感的SnO_2-NiO纳米材料的X射线光电子谱(XPS).通过对XPS O1s和Sn3d5/2分峰的分析证实了SnO_2-NiO纳米材料是氧化态.在SnO_2-NiO纳米材料的表面观察到了SnO_2、SnO、NiO和Ni_2O_3,而以SnO_2为主要成分,NiO含量很低.由于掺杂了低浓度NiO使SnO_2-NiO纳米材料表面吸附氧的数量极大地增加,从而增加了材料表面反应活性点,进而使SnO_2-NiO纳米材料对痕量甲醛(HCHO)气体的气敏性能大大提高.     

掺杂元素对锰混合氧化物阳极析氧抑氯性能的影响

对具有析氧抑氯选择电催化性能的海水电解制氢用绿色环保阳极材料进行了研究. 采用阳极电沉积法在Ti/IrO2基体上获得γ-MnO2氧化物涂层钛电极,在镀液中掺杂其他元素进行阳极电沉积,获得了MnV、MnCr、MnMoFe和MnFeV混合氧化物涂层钛电极. 模拟海水电解实验表明,掺杂元素显著提高锰氧化物涂层钛电极析氧抑氯选择电催化性能,MnFeV电极的析氧效率达到100%,可以满足析氧抑氯选择性电催化性的要求. 结构分析结果表明,掺杂后的锰氧化物电极形成了具有掺杂V、Fe的γ-MnO2相结构的混合氧化物Mn(Fe,V)O2,Mn(Fe,V)O2中金属以Mn4+、V5+和Fe3+形式存在,与氧形成了非定比化合物(Mn,Fe,V)Ox. Fe和V等掺杂元素起到细化晶粒和提高晶格畸变能的作用,有效地提高了电极的析氧抑氯电催化性能.     

新型Ag-BiVO_4电极的光电催化性能研究

通过金属沉积法以三异丙醇氧钒(C_9H_(24)O_4V)为原料制备掺杂Ag-BiVO_4电极材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、循环伏安(CV)等对其物理结构和性质进行了初步表征.在紫外光(λ≤390nm,10W)条件下,以Ag-BiVO_4为阳极电极,以大剂量染料罗丹明B(RhB,400mL 1.3×10~(-5) mol/L)溶液为探针分子,考察其对有毒有机污染物的光电催化去除性能,结果发现与单纯光催化或电催化降解RhB效率相比,其光电催化降解速率得到了显著的提高,这与光生电子更易导向外电路和Ag粒子生成抑制了光生空穴的复合有关.此外,考察了Ag-BiVO_4电极的涂抹量、Ag负载量及电压值对降解实验的影响,结果表明当BiVO_4涂抹量为4×10~(-6) mol/cm~2,Ag负载量为4×10~(-6) mol/cm~2,实验电压为2.5V,反应时间为3h时,对高浓度RhB的效率可达到64.6%.     

TiO2/PbS/Ru(bpy)2(NCS)2纳米多孔膜电极的光电化学研究

用染料Ru(bpy)2(NCS)2对ITO/TiO2/PbS复合半导体纳米多孔膜电极进行敏化,用光电化学方法研究ITO/TiO2/PbS/Ru(bpy)2(NCS)2电极的光电化学行为及组成光电池的能量转换效率.结果表明,该电极作为太阳能电池光阳极的能量转换效率与TiO2/PbS 复合半导体中PbS的含量有关.     

PbO_2电极在库仑分析中应用的研究

按照PbO_2电极具有高的氧化电位和氧析出超电位,我们研究了以PbO_2代替pt作阳极的可能性.在硫酸介质中,将其用于屯生Co~(3+)、Ce~(4+)、MnO_4~-等强制氧化荆,恒电流库仑法滴定Fe~(2+)、Ti~(3+)、C_2O_4~(2-)等离子,在选定的条件下电流效率可达100%。方法用于硫酸中微量铁的测定。     

In、Ga掺杂SnO_2的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了本征SnO_2、SnO_2∶In、SnO_2∶Ga和SnO_2∶(In,Ga)超晶胞模型并进行了几何结构优化,对其能带结构、态密度、电荷密度及光学性质进行了模拟计算.结果显示,与SnO_2∶In和SnO_2∶Ga相比,SnO_2∶(In,Ga)的晶格常数更接近于本征SnO_2,可有效降低SnO_2材料掺杂体系的晶格畸变.SnO_2中In、Ga的掺入能够增大材料的带隙值,且能带结构向高能方向移动,材料呈现典型的p型半导体特性.SnO_2∶(In,Ga)中,In与Ga掺杂原子和O原子的电子云呈现出共价键特性.光学性能表明,SnO_2∶(In,Ga)晶体中,光子能量在0~2.45 e V和大于6.27 e V的范围内表现出良好的介电性能,在微型微电子传感器机械系统器件和高密度信息存储等方面具有良好的应用前景.SnO_2∶(In,Ga)在可见光范围内具有10~5cm~(-1)数量级的吸收系数,能够强烈地吸收光能,在光电器件的吸收材料中具有潜在的应用前景.     

Co-Mo共掺杂Al2O3电子结构及透射率的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征Al_2O_3,Co、Mo单掺杂以及Co-Mo共掺杂Al_2O_3的电子结构和光学性质.计算结果表明:Mo单掺杂以及Co-Mo共掺杂Al_2O_3的结合能较低,比较容易合成.Co、Mo掺杂均属于n型掺杂,能够提升掺杂体系的载流子浓度,改善Al_2O_3的导电性.掺杂体系的杂质能级主要由Co-3d态电子和Mo-4d态电子组成,这些杂质能级是改变掺杂Al_2O_3光学性质的内在原因.掺杂后,吸收光谱发生红移现象,且光学性质变化主要集中要低能量范围.本征Al_2O_3薄膜在200～800 nm范围内的透射率约为92%,Mo单掺杂和Co-Mo共掺杂Al_2O_3在600～780 nm波段内的透射率高达93%～98%,在200～280 nm的短波紫外光区域,Co单掺杂的透射率最高可达95%.因此,三种掺杂Al_2O_3适用于制备各类光学透射膜.     

原位钼修饰TiO_2/BiVO_4异质结薄膜的制备及其光电化学性能

针对TiO_2可见光响应能力不足、BiVO_4光生电子空穴分离能力弱的问题,制备了一种基于钼原位掺杂BiVO_4修饰TiO_2纳米管的高性能Mo-BiVO_4/TiO_2异质结光阳极.实验结果表明,钼掺杂后异质结电极材料的吸收带边约510nm,光电流密度在1.23Vvs.RHE偏压下达到1.48mA/cm2,与未掺杂钼的TiO_2/BiVO_4光电极相比,Mo-BiVO_4/TiO_2光阳极的光电转化效率提高了近50%,光电流密度提高了近2.5倍,光转化效率在0.95Vvs.RHE偏压下提高了2倍,且电极的稳定性较好.     

组蛋白促进[Ru(bpy)_2(dppz)]~(2+)和MWCNTs在ITO电极上的阳极共沉积

应用计时库仑法、循环伏安法、微分脉冲伏安法、荧光光谱和扫描电镜等方法研究了组蛋白(His)、[Ru(bpy)2(dppz)]2+(bpy=2,2'-联吡啶,dppz=邻联二吡啶[3,2-a:2',3'-c]吩嗪)和多壁碳纳米管(MWCNTs)在铟锡氧化物(ITO)电极上的电化学共沉积.结果表明,His能促进[Ru(bpy)2(dppz)]2+和MWCNTs在ITO电极上的阳极共沉积(1.2 V vs.Ag/Ag Cl),所获得的复合膜呈现2对由表面电化学过程控制的氧化还原峰;通过研究His质量浓度和p H对复合膜中Ru(III)/Ru(II)氧化还原反应的影响,阐明了His作为媒介体调控[Ru(bpy)2(dppz)]2+和MWCNTs在ITO电极上共沉积的机理.在优化的条件下,复合物中[Ru(bpy)2(dppz)]2+发生氧化的电量在0.01~0.2mg/L和0.2~5.0 mg/L区间内与His质量浓度呈线性关系,其线性回归方程分别为ΔQ=3.24(±0.27)×10-6+2.95(±0.09)×10-4CHis(R=0.993)和ΔQ=5.92(±0.25)×10-5+6.26(±0.62)×10-6CHis(R=0.998).该研究建立的方法可应用于具有良好氧化还原性能的无机生物纳米复合材料的制备及蛋白质的固定与检测.