石墨基PTFE涂层阴极动态隔膜电解池产H2O2效能

采用自制的石墨基聚四氟乙烯(PTFE)涂层电极做阴极,以Nafion117阳离子交换膜为隔膜,构建动态隔膜电解池,重点研究隔膜、PTFE添加量、阴极电解液循环流量对体系产H₂O₂性能的影响,并考察电极的重复使用性能。结果表明：动态隔膜电解池产H₂O₂的性能明显高于无隔膜或静态实验的方式。当PTFE乳液(质量分数60%)添加量为0.7 mL、电解液初始pH为3、电流密度为5 mA/cm²、阴极电解液循环流量为0.3 L/min时,体系产H₂O₂效果最佳,反应180 min时的H₂O₂产量达到27.43 mg/(L·cm²),此时的电流效率为72.09%,能耗为7.87 kW·h/kg。但是电极的重复使用性能不佳,连续使用5次后,180 min时的H₂O₂产量降至8.99 mg/(L·cm²)。     

纳米片状CuCo2O4的合成及析氧性能研究

调控催化剂形貌和结构,优化表面特性,是提高催化性能的重要策略.通过水热合成铜钴双氢氧化物(CuCo LDH)前驱体,再经高温热解制得交叉连接片状CuCo₂O₄催化剂.该催化剂的粗糙表面和片层间隙有利于电解质的充分扩散吸附;其表面O缺陷能调节相邻金属位点价态,并能提高导电性,适合用于电化学催化.优化元素组成所制备CuCo₂O₄-1具有良好碱性析氧反应(OER)催化活性,在1 mol·L^-1 KOH电解质中,电流密度为100 mA·cm^-2时的过电位(η)为362 mV,OER塔菲尔斜率为112.2 mV·dec^-1,经过50 h的计时电位测试,η保持稳定,也显示出良好催化稳定性。为碱性OER电催化剂的设计提供了可行方案.     

Mo掺杂CoSe2纳米片阵列的制备及电催化性质研究

利用一步水热法在碳布上制备了不同Mo掺杂量的CoSe₂纳米片阵列,并对其电催化性质进行了详细研究.结果表明,当Mo物质的量为0.3 mmol时,样品具有最佳的HER催化活性和OER催化活性.在10 mA/cm²的电流密度下,HER过电势为135 mV;在50 mA/cm²的电流密度下,OER过电势为350 mV.     

全水解制氢用自支撑多孔NixFe–S/NiFe2O4异质结构双功能电催化剂

稳定的非贵金属双功能电催化剂是可再生能源驱动的波动全水电解面临的难题之一。本文在三维碳纤维布上电沉积制备了多孔Ni–Fe金属阵列,并在此基础上进行原位氧化和化学硫化,构建了一种新型的自支撑分级多孔Ni_xFe–S/NiFe₂O₄异质结构双功能电催化剂。研究结果表明,Ni_xFe–S/NiFe₂O₄异质结构催化剂对析氢反应(HER)和析氧反应(OER)都表现出良好的催化活性和稳定性,优异的催化性质与其大比表面积提供丰富的活性位点、异质结构的协同效应、超亲水表面和稳定的自支撑结构密不可分。分析结果证析氧过程异质结构中的Ni_xFe–S转化为金属氧化物/氢氧化物和Ni₃S₂。与商用20wt% Pt/C||IrO₂-Ta₂O₅相比,自支撑Ni_1/5Fe–S/NiFe₂O₄||Ni_1/2Fe–S/NiFe₂O₄在10-500mA/cm2的波动电流密度范围内表现出更好的稳定性和更低的槽电压。在500 mA/cm2的工业电流密度下,Ni_1/5Fe–S/NiFe₂O₄||Ni_1/2Fe–S/NiFe₂O₄的槽电压仅为约3.91 V,比Pt/C||IrO₂–Ta₂O₅ (约4.79 V)降低了约20%。     

Cu(OH)2纳米线/Cu网电极制备及还原水中硝酸盐性能研究

工厂化养殖尾水中硝酸盐污染问题日益严重,而电化学还原技术中铜作为阴极材料去除NO^-₃-N存在活性位点少和吸附能力差的问题.为此采用一种具有高长径比(120)的Cu(OH)₂纳米线/Cu网电极材料应用于NO^-₃-N的电催化还原.首先,通过调控阳极氧化条件制备了Cu(OH)₂纳米线/Cu网.然后,通过对Cu(OH)₂纳米线/Cu网进行表征分析和去除NO^-₃-N性能测试,确定25℃、1.0 mol/L NaOH和2.0 mA/cm²为Cu(OH)₂纳米线/Cu网最佳阳极氧化条件.在双池隔膜反应器中,以该电极为阴极,RuO₂-IrO₂-TiO₂/Ti为阳极,对NO^-₃-N(50 mg/L)去除率达到98%,NO^-_3<...     

WO3/碳点/TiO2复合纳米材料的制备及其光致阴极保护作用研究

采用两步阳极氧化法制备了TiO₂纳米阵列（TNAs）,然后分别采用浸泡法和电沉积法在TNAs表面负载碳点层和WO₃层,得到WO₃/碳点/TNAs复合纳米光阳极（TCW）,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）对其进行了表征。采用紫外可见漫反射光谱法（UV-Vis DRS）和电化学方法测定了TCW光阳极的光吸收和电化学性能,并评价了在模拟海水溶液中TCW对Q235碳钢的光致阴极保护作用。结果显示：与TNAs相比,TCW的吸收边从紫外光区（384 nm）扩展至可见光区（426 nm）,带隙宽度（E_g）从3.23 eV降低到2.91 eV,对光的吸收能力显著提升;可见光响应电流密度提高了6.85倍,达到157 μA/cm²。将TCW光阳极与Q235碳钢阴极耦合后,阴极表面的稳态光响应电流密度达到101 μA/cm²;与耦合前相比,其自腐蚀电位降低了0.41 V （vs.Ag/AgCl）,电化学电流噪声（ECN）振幅增大,腐蚀过程受到明显抑制。以上结果表明TCW对Q235碳钢具有优异的光致阴极保护作用。     

中温SOFC阴极材料La0.7Sr0.3Co1-xCuxO3-δ的制备及性能

采用固相反应法制备了La_0.7Sr_0.3Co_1-xCu_xO_3-δ系列中温固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料粉体.对其进行晶体结构表征,高温电导率和热膨胀曲线测试,并选取其中性能较好的样品进行了单电池实验.结果表明,Cu的掺杂降低了（La,Sr）CoO La₃体系阴极材料的热膨胀系数,在x=0.05时电导率略高于未掺Cu的样品.以La_0.7Sr_0.3Co_0.95Cu _0.05O _3-δ为阴极、Ce_0.8Sm_0.2O_1.9为电解质组成的SOFC单电池,在850℃最大短路电流密度达511mA/cm²,最大输出功率密度约为0.106W/cm².     

WO3/碳点/TiO2复合纳米材料的制备及其光致阴极保护作用研究

采用两步阳极氧化法制备了TiO₂纳米阵列（TNAs）,然后分别采用浸泡法和电沉积法在TNAs表面负载碳点层和WO₃层,得到WO₃/碳点/TNAs复合纳米光阳极（TCW）,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）对其进行了表征。采用紫外可见漫反射光谱法（UV-Vis DRS）和电化学方法测定了TCW光阳极的光吸收和电化学性能,并评价了在模拟海水溶液中TCW对Q235碳钢的光致阴极保护作用。结果显示：与TNAs相比,TCW的吸收边从紫外光区（384 nm）扩展至可见光区（426 nm）,带隙宽度（E_g）从3.23 eV降低到2.91 eV,对光的吸收能力显著提升;可见光响应电流密度提高了6.85倍,达到157 μA/cm²。将TCW光阳极与Q235碳钢阴极耦合后,阴极表面的稳态光响应电流密度达到101 μA/cm²;与耦合前相比,其自腐蚀电位降低了0.41 V （vs.Ag/AgCl）,电化学电流噪声（ECN）振幅增大,腐蚀过程受到明显抑制。以上结果表明TCW对Q235碳钢具有优异的光致阴极保护作用。     

一步水热法制备MoS2/Ni3S2@NF析氧催化剂

采用一步水热法成功制备了MoS₂/Ni₃S₂@NF异质结催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备电极的物相和微观形貌进行表征,表面粗糙的核壳MoS₂/Ni₃S₂异质结均匀紧密地分布在镍网(NF)表面.在1 mol·L^-1的KOH电解液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)、计时电位和计时电流等方法对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试.结果表明,驱动10 mA·cm^-2电流密度,仅需134 mV过电势;其Tafel斜率为55.2 mV·dec^-1;经过15 h计时电位测试,电流密度保持率高达93.5%.在300、400、500 mA·cm^-2电流密度连续测试45 h的结果耐久性表明,MoS₂/Ni₃S₂@NF具有较好的大电流密度工作耐久性.     

V2O5/ZrO2-Al2O3催化甲醇选择性氧化合成二甲氧基甲烷

采用浸渍法制备了V₂O₅质量分数不同的V₂O₅/Al₂O₃催化剂,采用Zr对Al₂O₃载体进行改性并应用于催化甲醇选择性氧化制备二甲氧基甲烷(DMM)的反应中。经X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、N₂吸附-脱附(BET)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)和NH₃程序升温脱附(NH₃-TPD)表征分析,结果表明:与单一Al₂O₃负载的钒基催化剂相比,Zr改性提高了钒氧化物的分散性与稳定性,加强了催化剂中各组分间的相互作用,有效调变了催化剂的酸性和氧化性,进而提高了DMM的选择性。考察了反应条件对甲醇选择性氧化制备DMM的影响,最佳反应温度为175 ℃,经20%V₂O₅/12%ZrO₂-Al₂O₃催化氧化,甲醇转化率为27.9%,DMM选择性为99.9%。     

石墨烯/CoSnO3固载Pd-Pb纳米合金的制备及电催化氧化乙二醇

本工作采用水热-煅烧法合成出载体GO/CoSnO₃,再通过浸渍还原法将Pd、PdPb纳米粒子（NPs）负载到载体上,制备出Pd@rGO/CoSnO₃、PdPb@rGO/CoSnO₃新型阳极电催化剂,并用于碱性介质中乙二醇（EG）的电催化氧化.采用多种测试手段对产物的结构、组成及价态进行分析.结果表明,当摩尔比Pd∶Pb=1∶0.2时,Pd₁Pb_0.2@rGO/CoSnO₃催化剂的正向峰电流密度高达205.41 mA·cm^-2,是单金属催化剂Pd@rGO/CoSnO₃ (136.39 mA·cm^-2)的1.5倍,更是商业Pd/C (27.1 mA·cm^-2)的7.5倍,具有最佳的电催化活性、稳定性和抗毒性.这种杰出的电催化活性主要归因于GO/CoSnO₃复合载体具有立方体结构以及丰富的含氧原子,有利于金属的均匀负载;同时,Pd和Pb之间存在着强烈的电...     

熔盐电解二氧化硅制备低硼磷铝硅合金

分别采用高纯石墨和Fe-Ni合金为阳极,在960℃的冰晶石熔盐中电解SiO₂制备低硼磷铝硅合金,研究电流密度和SiO₂添加量对电流效率、阴极产物成分和B,P杂质含量的影响规律,并利用XRD和SEM表征阴极产物的物相组成和微观形貌.结果表明,以石墨为阳极时,当电流密度从0.5A/cm²增大到0.9A/cm²时,阴极产物中w［Si］从0.75%增大到15.17%,电流效率从2.58%增大到38.06%;B和P的最低质量分数分别为3×10^-6和7×10^-6.以Fe-Ni合金为阳极时,当SiO₂添加量从2%增大到6%时,阴极产物中w［Si］从3.19%增大到19.86%,电流效率从12.43%增大到70.48%;B和P的最低质量分数分别为6×10^-6和11×10^-6;阴极产物的物相组成为铝、硅和铝硅合金.     

Mg掺杂Mn1.5Cr1.5O4固体氧化物燃料电池阴极材料的性能研究

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)阴极材料的高稳定性、高催化性能是其获得商业化应用的前提。尖晶石氧化物具有良好的稳定性与兼容性,这使得其成为最具发展潜力的SOFC阴极材料之一。本文通过Mg掺杂对尖晶石氧化物Mn_1.5Cr_1.5O₄阴极材料进行改性处理,研究了Mg掺杂量对Mn_1.5Cr_1.5-xMg_xO₄(x=0,0.075,0.150,0.225)阴极材料微观结构、物相组成、电导率、热膨胀系数及其作为对称电池阴极时电化学性能等方面的影响。结果表明,当Mg掺杂量x为0.150时,Mn_1.5Cr_1.35Mg_0.15O₄具有最大的电导率和最小的极化阻抗,在800℃下分别可达0.168 S/cm和1.84Ω·cm²,表明适量的Mg掺杂不仅提高了Mn_1.5Cr_1....     

NiCo2O4/RGO复合材料的制备及其电化学性能

采用两步水热法制备NiCo₂O₄/RGO复合材料,并对其电化学性能进行研究.研究结果表明,当电流密度为1 A/g时,NiCo₂O₄/RGO复合材料的比电容高达2 332.40 F/g,约是NiCo₂O₄材料的3倍,当电流密度增加至10 A/g时,其比电容还能保持为1 127.22 F/g,表现出优异的倍率性能.这归因于复合材料特殊的多孔蓬松结构,有效增加了材料的比表面积,NiCo₂O₄的比表面积为56.488 0 cm²/g,而NiCo₂O₄/RGO复合材料的比表面积高达188.604 2 cm²/g,能够提供更多的反应活性位点,同时RGO能够有效提高材料的导电性,两者之间的协同作用使得电化学性能大幅提升.     

Ce0.25Zr0.75O2固溶体的制备及其电化学合成氨催化性能

通过共沉淀法合成了四方相Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体,采用X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了固溶体的结构,并以氮气和水为原料,在室温、0.1 mol/L Na₂SO₄电解质中研究了固溶体的电化学催化合成氨性能。结果表明,Ce_0.25Zr_0.75O₂表现出了优异的电化学氮还原催化性能,在-0.6 V（vs.Ag/AgCl）时法拉第效率最高,达到64%,此时氨合成速率为7.3×10^-11 mol/（s·cm²）;在-0.7 V（vs.Ag/AgCl）时,氨合成速率最高,为1.03×10^-10 mol/（s·cm²）,此时法拉第效率为42.2%。这可能与Ce_0.25Zr_0.75O₂固溶体的四方相结构、晶格结构的变化及形成的高度缺陷的结构有关;另外,Ce_0.25Zr_0.75O₂还能有效抑制析氢副反应进行,从而提高其法拉第效率。     

金属有机骨架衍生的 NiFe2O4/Co9S8复合催化剂的合成及其电催化析氧性能

以金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物为前驱体, 通过退火、硫化等后续处理方法成功制备了由 NiFe₂O₄ 纳米棒与 Co₉S₈ 空心球组装而成的杂化纳米结构. 该复合催化剂因具有较大的比表面积以及各组分间强力的协同作用, 在电催化析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)中表现出了优异的催化活性. 在 1 mol/L KOH 电解质中, 当电流密度达到 10 mA/cm² 时, 仅需 290 mV 的过电位, 且 Tafel 斜率仅为 63.02 mV/dec. 此外, 1 000 次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后仍然具有良好的催化活性, 表明该复合催化剂具有优异的稳定性. 研究成果不仅为设计廉价、高效且稳定的析氧催化剂提供了设计思路, 也为其他新型纳米复合材料的合成和应用奠定了基础.     

Cu-Mo/Al2O3复合金属催化剂的制备及其催化裂解草甘膦副产废盐

为了高效催化裂解草甘膦副产废盐中的有机污染物,采用等体积浸渍法制备了不同钼负载量的负载型Cu-Mo/Al₂O₃复合金属催化剂。通过旋转式管式炉,探究催化剂对废盐催化裂解总有机碳含量(TOC)的影响。通过X线粉末衍射(XRD)、N₂物理吸脱附(N₂-adsorption-desorption)、H₂程序升温还原(H₂-TPR)、O₂程序升温脱附(O₂-TPD)、拉曼光谱(Raman spectrum)对催化剂的晶型结构、孔结构和氧化还原性质等进行了表征。结果表明,5Cu-25Mo/Al₂O₃复合金属催化剂具有良好的催化裂解草甘膦副产废盐的效果,使废盐的总有机碳值由1 042 mg/L降至4.17 mg/L,TOC去除率达到99.6%。通过对废盐催化裂解过程中排出的尾气进行了非甲烷总烃含量(NMHC)在线检测,在10 mg/m³以下,对处理后的废盐进行...     

一种具有高面积比电容的含CoP/Co3O4一体化碳膜电极的制备

针对粉末状多孔材料制备成电极时因添加剂的加入而削弱其面积比电容的问题,利用聚离子液体(poly(ionic liquid)s, PILs)的分子可设计性,制备了含有N和P元素的PILs膜。在PILs膜中,以生长Co-MOF的方式引入Co元素,然后进行碳化处理可得到一体化、含有CoP和Co₃O₄的多孔碳膜。该碳膜的一体化结构避免了导电剂和黏合剂的加入,显著提升了单位面积的活性物质负载量。此外,CoP和Co₃O₄的加入提高了原有碳膜的面积比电容,使得该碳膜电极在电流密度为5 mA/cm²的条件下,其面积比电容达29.3 F/cm²,体现出电化学的优异性能。由此可知,PILs衍生的碳膜电极在电化学领域具有广阔的应用前景。     

α-Fe2O3晶面调控及其非均相光芬顿催化降解甲基橙特性

针对非均相光芬顿中两相传质阻力导致催化性能较低的缺陷,采用水热法制备了α-Fe₂O₃{110}/{113}晶面不同暴露比例的催化剂。采用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM/HRTEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及紫外可见固体漫反射(UV-vis DRS)对催化剂进行表征分析,分别考察了H₂O₂浓度、催化剂投加量、甲基橙初始质量浓度以及初始pH对其催化降解甲基橙的影响,结果表明：FeCl₃·6H₂O浓度为33 mmol/L,摩尔比FeCl₃·6H₂O∶NaH₂PO₄∶NaF为1∶1∶15,180℃反应24 h所得α-Fe₂O₃催化性能最佳,在H₂O₂浓度为20 mmol/L,催化剂投加量为200 mg/L,甲基橙初始质量浓度为40 mg/L以及初始pH=5的条件下...     

Co4S3纳米片的制备以及Fe3+掺杂对其电催化析氧性能的影响

采用溶剂热和超声剥离相结合的方法制备了超薄Co₄S₃纳米片,通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X-射线衍射分析（XRD）、拉曼光谱（Raman）等手段对其进行了结构和形貌的表征,并研究了其电催化产氧性能。结果表明,Co₄S₃纳米片在电流密度为10 mA/cm²下的过电势为377 mV,塔菲尔（Tafel）斜率为64.47 mV/dec;溶剂热过程中反应温度和溶剂比对产物的析氧反应（OER）催化活性影响不大,但是Fe³⁺的掺杂可以显著降低Co₄S₃纳米片的析氧过电势和Tafel斜率,提高材料的电催化稳定性。最后通过X-射线光电子能谱（XPS）分析了Fe³⁺的掺杂对Co₄S₃纳米片OER性能影响的机理。