MWCNTs负载MoBiSx纳米颗粒电催化还原CO2的性能研究

采用简单的水热法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）负载钼铋双金属硫化物（MoBiS_x）纳米颗粒复合催化剂,目的是对MoBiS_x的形貌尺寸以及低电导率进行改性,提高其在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中的电催化还原CO₂性能。结果表明：尺寸约为10 nm～15 nm的MoBiS_x纳米颗粒均匀的负载在MWCNTs表面上。与MoBiS_x纳米颗粒催化剂相比,复合催化剂在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中表现出更加优异的电催化还原CO₂的活性和选择性。进一步研究了复合催化剂在[EMIM]BF₄-H₂O电解液中水含量对电催化还原CO₂性能的影响。随着水含量的增加,还原电流密度逐渐增大。在[EMIM]BF₄-H₂O（40%）电解液中复合催化剂的催化电位为-0.3 V vs S...     

电催化CO2还原立方体Cu2O催化剂的制备及其在大面积膜电极反应器中的应用

电化学二氧化碳还原反应(carbon dioxide reduction reaction,CO₂RR)产乙烯目前已成为电催化CO₂RR领域的研究重点和热点.通过简单的化学沉淀耦合化学还原保护法成功获得了富含(111)晶面的立方体结构Cu₂O催化剂,系统研究了其在H型反应器以及零间距膜电极组件(membrane electrode assembly,MEA)反应器中的电化学性能.结果表明:富含(111)晶面的立方体结构Cu₂O催化剂表现出了优异的产乙烯活性;相比于H型反应器,零间距MEA反应器进行CO₂RR时的最佳法拉第效率(Faradaic efflciency,FE)提升了13.94%,总电流密度也基本可以满足工业化的需求(>200 m A/cm²);设计并组装的大面积(25 cm²)零间距MEA反应器在CO₂RR中表现出了优异的催化性能,且在槽压大于2.9 V时表现出了独特的“面积效应”.“面积效应”...     

纳米PbO2/TiO2催化电极的制备及其对己二醛氧化的电催化性能

用电解法在乙二醇溶液中制备铅和钛醇盐配合物PbTi₂(OCH₂CH₂OH)_12-x, 将其电解液水解、 真空干燥后于450 ℃煅烧2 h, 得到纳米级PbO₂/TiO₂粉体, 通过溶胶 凝胶法在钛丝表面得到纳米PbO₂/TiO₂电极. 电解产物通过红外光谱(FT IR)和Raman光谱表征, 纳米PbO₂/TiO₂粉体使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征, 并采用循环伏安法在盐酸和己二醛溶液中考察电极的氧化还原行为及电催化活性. 实验结果表明: 有机体系电解法得到的纳米PbO₂/TiO₂粉体颗粒
分散较理想, 粒径为100~150 nm; 纳米TiO₂掺杂PbO₂电极的氧化峰电流密度为157 mA/cm², 氧化还原峰电位差明显减小, 具有较高的电催化活性, 催化合成己二酸的电流效率和产率分别为89.2%和97.4%.     

层状Cu/ZnO/Al2O3催化剂的制备及其催化CO2加氢合成甲醇的性能

以尿素为沉淀剂, 采用均相沉淀法成功制备了层状Cu/Zn/Al 水滑石化合物. 将前驱体材料经焙烧、还原后得到Cu/ZnO/Al₂O₃ 催化剂, 并将其用于CO₂ 加氢合成甲醇反应. 采用X 射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、热重(thermogravimetric, TG)分析、扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)、X射线荧光(X-ray fluorescence, XRF)分析、N₂吸附、H₂ 程序升温还原(H₂-temperature program reduction, H₂-TPR)、氧化亚氮(N₂O)反应吸附、CO₂程序升温脱附(CO₂ temperature program desorption, CO₂-TPD)技术对所制备的样品进行表征. 结果表明, 相对于传统共沉淀法, 以尿素作为沉淀剂, 通过均相沉淀法所制备的前驱体的结晶度更高、催化剂比表面积更大、金属Cu 的分散度更好. 另外, 采用回流处理可以获得更好的效果. 活性评估结果表明, O₂转化率随金属Cu 比表面积的增大而增加, 而甲醇选择性则与催化剂表面碱性位的分布有关. 因此, 采用尿素回流处理均相沉淀法制备的Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂的甲醇收率最高.     

对流微通道反应器制备Ni2P材料及Co掺杂改性

使用NiCl₂·6H₂O、KOH、NaH₂PO₂·2H₂O和CoCl₂·6H₂O等为反应物,在对流微通道反应器（CFMCR）中制备了Ni （OH）₂前驱体,然后在PH₃气氛中将其还原,最后经酸洗得到目标产物Ni₂P。探讨了CFMCR反应工艺条件（包括体积流量、pH和陈化时间）和磷化反应温度等对制备的Ni （OH）₂前驱体及最终的Ni₂P材料性能的影响,确定了制备Ni₂P材料的最佳工艺条件,并利用CFMCR对制备的Ni₂P材料进行了Co掺杂改性,提高了材料的充放电循环性能以及比电容。结果表明,利用CFMCR制备的Ni₂P材料最高比电容可达到1 200 F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为65%;掺杂Co元素制备的Ni-Co-P复合材料最高比电容为1 475 F/g,500次恒流充放电循环后比电容保有率约为84%。     

Cu2O-TiO2复合膜的制备及其光催化与产氢性能

采用电化学沉积和涂覆法将窄带半导体材料Cu₂O与TiO₂复合制备了Cu₂O-TiO₂复合材料薄膜,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、荧光光谱(PL)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)进行了表征。以甲醇溶液为模拟废水进行产氢性能的测试,探究了光源、TiO₂质量分数、甲醇体积分数、pH对产氢性能的影响。实验表明:制备的Cu₂O-TiO₂复合薄膜材料可直接在太阳光下催化水中甲醇产氢,且甲醇体积分数越高产氢量越大,在甲醇体积分数为50%且在偏酸性时产氢量最大。     

制备方法对稀土Gd掺杂SnO2/Sb电催化电极性能的影响

分别采用浸渍法、 溶胶-凝胶法, SnCl₄·5H₂O, Sb ₂O₃ Gd(NO₃)₃为 原料, 制备了稀土Gd掺杂SnO₂/Sb涂层电催化电极. 以苯酚为目标有机物, 考 察了电极的电催化氧化性能, 初步探讨了电极结构与电催化特性之间的关系. 采用SEM, XRD, XPS和EDX等手段对不同方法制备电极的表面形貌、 晶体结构、 电极表面涂层的 元素化学结合态及元素组成进行了表征与分析. 结果表明, 溶胶-凝胶法制备的电极为纳 米涂层电极, 表面裂纹较少, 晶体发育完全, 有利于SnO₂, Gd₂ O₃和 吸附氧的表面聚集, 进而提高了电催化电极的性能.     

金属硫化物在电催化二氧化碳还原反应中的应用

金属硫化物作为催化剂材料具有高稳定性、金属边缘活性和硫空位的协同效应等特点，特别是对二氧化碳(CO₂)电还原反应表现出良好的活性和选择性，有望成为高效的CO₂电还原催化剂.鉴于此，综述了金属硫化物在电催化CO₂还原反应中的研究进展，分别归纳了第四周期、第五周期及第六周期中主要的金属硫化物电催化CO₂还原反应的性能、还原产物特点及影响因素等；特别分析了金属硫化物中S组分调控对催化性能的影响规律，以期实现更高效的电催化CO₂还原转化过程.此外，总结分析了目前金属硫化物催化剂存在的主要问题和瓶颈，并展望未来的研究重点和发展方向.     

含有金属水链的3,5-吡唑二甲酸铜配位聚合物的合成及热稳定性

在乙腈和水的混合体系中，将硝酸铜和3,5-吡唑二甲酸（H-3pdc）于120 ℃反应72 h, 得到蓝色晶体, 该化合物分子式为{［Cu₃(pdc)₂(H₂O)7］·2H₂O}_n. 通过元素分析、 红外光谱分析、 粉末X射线衍射及单晶X射线衍射对该化合物的结构进行表征, 并研究其热稳定性. 结果表明, 3个铜离子和2个pdc₃-形成中性分子Cu₃(pdc)₂, 水分子作为桥联配体连接Cu₃(pdc)₂形成一维折叠链, 通过氢键作用, 一维链连接形成三维超分子网络, Cu²⁺的配位水分子与晶格水分子通过氢键作用形成了一维金属水链.     

含有金属水链的3,5-吡唑二甲酸铜配位聚合物的合成及热稳定性

在乙腈和水的混合体系中,将硝酸铜和3,5-吡唑二甲酸（H-3pdc）于120 ℃反应72 h, 得到蓝色晶体, 该化合物分子式为{［Cu₃(pdc)₂(H₂O)7］·2H₂O}_n. 通过元素分析、 红外光谱分析、 粉末X射线衍射及单晶X射线衍射对该化合物的结构进行表征, 并研究其热稳定性. 结果表明, 3个铜离子和2个pdc₃-形成中性分子Cu₃(pdc)₂, 水分子作为桥联配体连接Cu₃(pdc)₂形成一维折叠链, 通过氢键作用, 一维链连接形成三维超分子网络, Cu²⁺的配位水分子与晶格水分子通过氢键作用形成了一维金属水链.     

CO2置换CH4水合物技术中主、客体分子间作用的DFT研究

天然气水合物是新型清洁能源,围绕CO₂置换CH₄水合物技术的研究对天然气水合物的资源开采和减少全球碳排放具有重要意义。其中,置换机理的解析是CO₂置换CH₄水合物技术的关键问题,对提升置换效率具有重要作用。为深入阐述置换机理的本质,采用量子力学（QM）方法对水合物中主、客体双分子聚体间的相互作用进行模拟。利用不同的密度泛函理论（DFT）方法对双分子聚体的结构及单点能进行计算分析,在对CO₂置换CH₄水合物过程的研究中,获得QM方法下进行几何结构优化和单点能计算的较优的计算参数。采用对称性匹配微扰理论（SAPT）进行能量分析,解析主、客体相互作用中各分子的贡献,并通过计算波函数信息分析约化密度梯度函数（RDG）、独立梯度模型（IGM）和静电势,定向研究主、客体分子间最主要的相互作用。研究结果表明CO₂置换CH₄水合物过程中主、客体分子间的作用主要由静电作用贡献,色散和诱导作用占比较小;在置换过程中,客体分子由CH₄转变为CO₂时色散作用影响减弱,静电作用影响加强。因此,静电作用是置换过程的关键,提高与H₂O的静电作用是提升置换效率的有效方法。所得结果为CO₂置换CH₄水合物技术的发展提供了理论指导。     

半导体基异质结光（电）催化还原CO2研究进展

在实现碳中和可持续发展的进程中,CO₂捕获、封存和转化一直是学术界和工业界研究的重点．光（电）催化CO₂转化已被认为是解决能源短缺和缓解CO₂过量排放最有效的策略之一,同时有望实现太阳能经济和碳基经济．本文介绍了异质结催化剂在光（电）催化还原CO₂为燃料（如CH₄、C_nH_2n+1OH）或化学品（如HCOOH、CH₃COCH₃）领域的研究进展,重点综述了多种半导体基异质结体系对光（电）催化还原CO₂性能的影响,具体阐述了Ⅱ型、Z型、晶面异质结的电荷转移机制,还讨论了各类异质结体系的优势及存在的问题。为设计和合成具有出色的催化性能、优异的选择性和良好的稳定性的异质结催化剂提供新的见解．      

二茂铁在超临界CO2/BMIMPF6两相体系中的电化学行为

以铂微盘电极为工作电极,采用循环伏安法研究二茂铁在超临界CO₂/BMIMPF₆两相体系中的电化学行为,测定不同压力条件下二茂铁的扩散系数.实验结果表明,二茂铁在超临界CO₂/BMIMPF₆两相体系中的氧化还原过程是受扩散控制的准可逆过程.低黏度、电绝缘性CO₂的存在,均会对电极反应中的传质过程及电极表面上的电子交换过程产生影响.     

离子液体BMIMBF4溶液中电化学还原苯甲醛合成苯甲醇

温和条件下,运用循环伏安法研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐 (BMIMBF₄) 离子液体中苯甲醛在Ag电极上的电化学还原行为.结果显示,苯甲醛的还原峰在 -1.8 V (vs.Ag).以Ag片作工作电极,Mg棒作牺牲阳极,在单室型电解槽中恒电流还原苯甲醛制备苯甲醇,收率为70%,选择性为100%.     

二氧化铅/石墨烯电极的制备及其电化学性能

采用沉淀结合法,制备二氧化铅/石墨烯(β-PbO₂/rGO)复合材料.通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)和比表面积分析仪研究该复合材料的结构、形貌和比表面积,利用电化学测试技术研究β-PbO₂/rGO复合电极和纯β-PbO₂电极的电化学性能.结果表明:在复合材料中,纳米β-PbO₂较均匀地分散在rGO片表面,β-PbO₂/rGO复合材料比纯β-PbO₂具有更大的比表面积;复合电极因具有更多的反应活性位点,电化学反应速度较快;在不同的电流密度下,β-PbO₂/rGO电极的质量比容量比纯β-PbO₂电极高,证明复合电极具有比纯β-PbO₂电极更好的电化学性能.     

MnO2/CNTs复合物的合成及其AZIBs正极材料性能

以乙酸锰和过硫酸铵为原料，通过水热合成法制备MnO₂,再通过超声法制备MnO₂/CNTs复合物.运用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜对产物进行表征，并运用循环伏安、交流阻抗和恒电流充放电测试MnO₂/CNTs复合物作为AZIBs正极材料的电化学性能.结果表明：在反应温度140℃,反应时间22 h的条件下，制得的MnO₂产物为β-MnO₂纳米线；将其与CNTs复合后，β-MnO₂的化学结构没有发生改变；在0.1C倍率下循环20次，β-MnO₂/CNTs电极在1 mol/L ZnSO₄+0.5 mol/L MnSO₄水溶液中的首次放电比容量为140 mAh/g,较β-MnO₂/CNTs电极在1 mol/L ZnSO₄水溶液中的首次放电比容量(45 mAh/g)提高了2倍，较β-MnO₂电极在1 mol/L ZnSO<...     

水体中磺胺甲恶唑在BDD电极体系中的电化学氧化机理

以磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象, 采用掺硼金刚石薄膜(BDD)电极电化学氧化法, 研究电流密度和电解质溶液对其降解效果的影响; 用循环伏安扫描和GC-MS测定中间产物, 提出SMX降解的机理。结果表明,BDD电化学氧化SMX的最佳电流密度为20 mA/cm², 最适电解质溶液为0.05 mol/L Na₂SO₄, 此外, 可在50分钟内实现100%的SMX去除, 且去除过程满足一级反应动力学方程。低电流密度下, SMX可发生直接电化学氧化,通过苯胺基失去电子生成二聚物; 高电流密度下, SMX以间接?OH氧化为主, 可能的降解途径有两条, 分别为?OH攻击导致S-N键断裂和?OH攻击杂环使得苯环开裂, 生成小分子羧酸, 最终矿化成CO₂, H₂O以及无机离子。     

添加氯离子对Ni/CeO2催化剂CO选择甲烷化反应催化性能的促进

采用浸渍方法制备NiO(Cl_x)/CeO₂系列样品,经还原后得到Ni(Cl_x)/CeO₂催化剂,用于富氢气体中CO的选择甲烷化反应,考察Cl/Ce原子比(x)对CO选择甲烷化反应活性的影响. 结果表明,添加氯离子能够显著抑制CO₂甲烷化反应,因而可使富氢气体中CO浓度降至10-5以下并且CO甲烷化反应选择性不低于50%,满足质子交换膜燃料电池对燃料的要求. 通过CO和CO₂吸附实验、程序升温还原(TPR)测定以及物相组成和晶粒尺寸分析,揭示添加氯离子的作用.      

超重力吸收与批式解吸工艺结合用于乙醇胺(MEA)-乙醇溶液沼气脱碳的研究

利用超重力反应器对乙醇胺（MEA）-乙醇溶液用于沼气脱碳的吸收性能进行了研究,将批式解吸工艺用于沼气脱碳,对使用了加热器的MEA-乙醇富液的批式解吸性能进行分析。研究发现进液量、进液MEA含量和转子转速的升高以及进气量、进气CO₂含量的降低会提升脱碳效果;最佳转子转速为1 000 r/min,此时当进入超重力反应器的n（CO₂）/n（MEA）<0.4时CO₂去除率可以接近100%;解吸液CO₂负荷最低可以达到0.03 mol/mol;在MEA浓度4.92 mol/L、解吸时间20 min时,单位解吸能耗（释放单位质量CO₂的能耗）达到最低,为3.17 MJ/kg,此时解吸液负荷为0.16 mol/mol。批式解吸可以通过控制解吸时间准确地调节解吸液CO₂负荷,吸收-解吸循环次数的增加不会导致脱碳效果的恶化。