氯化钠电解过程节能的电催化与反应工程基础2012年度报告

重点在xRuO_2@TiO_2表面上析氯反应的密度泛函(DFT)量化计算、TiO_2纳米管阵列负载含钌涂层阳极催化剂、镍基RuO_2/Ni复合镀层阴极催化剂和Ni-Mo-P纳米合金镀层阴极催化剂等方向开展了纳米结构催化材料设计、合成方法的研究;考察了上述催化剂在氯化钠电解过程中的电催化活性与稳定性;初步建立了RuO_2、TiO_2,以及其相互间不同掺杂比例的氧化物模型,并模拟计算其电子构型,了解掺杂前后各氧化物几何、电子构型演化关系,完善氯化钠电解过程析气电催化剂的几何形貌、表面状态、电子构型、吸/脱附行为以及电催化活性、催化机理等相关理论。     

醇类光助脱氢的半导体型催化剂的研究

本工作用气相色谱技术跟踪醇类在各种半导体催化剂上光助脱氢的动力学行为。用铂和RuO_2修饰TiO_2的双功能氧化还原催化剂,可显著地提高醇类光助催化脱氢的活性,醇类在Pt-RuO_2-TiO_2催化剂上光助脱氢活性的顺序为异丙醇>正丁醇>正丙醇>乙醇>甲醇。     

二氧化钌电极的XPS研究

XPS分析表明在RuO_2 在O(a),OH(a) H_2O(a),Ols529.5,531.0, 532.0 cV.RuO_2提出了Ru_2O_3氧化生成的RuO_4 解析氧的反     

CdS／聚苯胺导电复合材料的制备与表征

通过化学氧化聚合法,将固相法合成的CdS纳米粒子在十二坑基苯磺酸（DBSA）存在的条件下,用氧化剂（同时也是催化剂）过硫酸铵（APS）氧化苯胺（An）,制得了CdS／聚苯胺导电复合材料。探讨了CdS的掺入量对导电复合材料的影响。CdS／聚苯胺导电复合材料用X射线粉末衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、红外光谱（FT-IR）和四探针电导率测试仪进行了表征。结果表明,当苯胺单体为2mL,CdS的掺入量为0．1g时,制得的CdS／聚苯胺导电复合材料电导率较高。     

Cu3P修饰改性CdS光催化析氢性能研究

助催化剂的负载是提高催化剂光生电子-空穴对分离效率的有效策略之一。通过水热法成功得到了CdS纳米棒,基于形貌调控策略将不同质量的Cu₃P纳米颗粒通过溶剂热法与CdS纳米棒成功复合。两种材料复合之后大大降低了Cu₃P的团聚程度。一系列实验表明,Cu₃P颗粒的引入显著提高了CdS的光捕获能力,这为激发CdS产生更多的光生载流子提供了条件。基于实验结果提出了可能的光催化裂解水析氢的机理,Cu₃P的有效负载为CdS提供了表面反应活性中心,进一步抑制了CdS光生载流子的复合,加快了光催化析氢反应,快速地将生成的氢气释放。该工作为改善CdS光催化析氢活性提供了合理的手段和策略。     

CdS-MoS_2-WS_2的微波法制备及其可见光分解水制氢性能

采用微波辅助快速一步还原二硫代氨基甲酸盐混合物的方法,合成了尺寸均匀的CdS-MoS_2-WS_2纳米光催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等手段对样品进行表征,考察了材料的可见光分解水制氢性能。结果表明:负载了MoS_2和WS_2双助催化剂的CdS复合材料CdS-MoS_2-WS_2,其最佳产氢速率可达5.1mmol/(h·g),是纯CdS光催化产氢速率的63倍,且复合材料的产氢活性稳定持续60h;一步法微波快速合成方法使得MoS_2和WS_2两种助催化剂和CdS紧密地结合在一起,实现了电子-空穴对的快速分离,从而极大提升了光催化剂的制氢性能。     

NaCl-KCl熔体中的氧化物电极(英文)

本文研究了等摩尔NaCl-KCl熔盐体系中各种氧化物电极对Cl)_2析出的电催化活性。用热分解方法制取的石墨基RuO_2和RuO_2+TiO_2电极其电催化作用明显,它们的交换电流密度分别为0.61,0.77A/cm~2,比石墨电极活性大的原因是由于惰性电极具有较大的电极粗糙度,RuO_2电极的双电层电容高达0.38F/cm~2。     

CdS/ZIF-8催化剂的制备及其在降解印染废水中的应用

以类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8为催化剂载体,通过加热回流的方式将CdS负载到ZIF-8上形成CdS/ZIF-8半导体光催化剂,用XRD,SEM,BET,XPS等表征手段对催化剂进行结构分析.用罗丹明 B(RhB)溶液模拟印染废水,探究CdS的负载量、催化剂投加量、溶液初始浓度、pH等因素对废水降解效率的影响,并对Cd...     

溶液共存阳离子对CdS光催化降解罗丹明B性能的影响

采用水热方法制备了纳米硫化镉光催化剂.借助粉末X-射线衍射(XRD),固体紫外可见漫反射光谱(DRS)对合成产物进行了表征.以纳米CdS和本体CdS作为可见光的光催化剂,用难降解的离子型染料罗丹明B为探针分子,讨论了溶液常见的共存金属离子种类、质量分数对CdS光催化降解罗丹明B的影响.结果表明:共存离子Cu2+对CdS光催化降解罗丹明B起抑制作用,Ag+对CdS光催化降解罗丹明B没有显著影响,而共存离子Fe3+ 和Pr3+ 能显著地提高纳米、本体CdS光催化剂降解罗丹明B的降解速率,最佳的离子质量分数分别为催化剂用量的0.5% 和10%.     

CdS/YFeO3新型磁性可见光催化剂的制备和性能研究

采用共沉淀法,以Cd(NO_3)_2、二甲亚砜、Y_2O_3,HNO_3,Fe(NO_3)_3和柠檬酸为原料合成一系列不同掺杂比例的CdS/YFeO_3复合磁性光催化剂.用差热-热重、紫外可见漫反射、X射线衍射等技术对光催化剂进行了表征.X射线衍射结果表明CdS/YFeO_3复合磁性光催化剂制备成功.由差热-热重结果可知,CdS/YFeO_3复合磁性光催化剂的热稳定性高于纯CdS.紫外可见漫反射结果表明,Cd S/YFeO_3复合磁性光催化剂在紫外和可见光区的吸光度都比纯CdS大.通过罗丹明B的降解反应评价了该类光催化剂的活性.结果表明,CdS/YFeO_3的比例对光催化活性有明显影响.光催化循环实验结果显示,CdS/YFeO_3复合磁性光催化剂具有良好的回收性,首次回收率为92.08%.     

RuO_2/Ru/TiO_2光催化剂制备及模拟太阳光催化产氢

采用浸渍—氢气还原法制备了RuO_2/Ru/TiO_2光催化剂,并采用XRD、SEM、UV-vis漫反射光谱和荧光光谱(FS)等手段对样品进行了表征,以草酸为电子给体,研究了RuO_2的负载量对P_(25)-TiO_2光催化产氢活性的影响.结果表明,P_(25)-TiO_2表面负载RuO_2大大地提高了其光催化产氢速度,模拟太阳光下2wt%负载量下达到最佳产氢活性,6h内的产氢量达到45mmol.     

超级电容器RuO_2·nH_2O电极材料的热处理工艺

以RuCl_3·3H_2O水溶液为电沉积液,采用直流一示差脉冲组合电沉积技术制备超级电容器用钽基RuO_2·nH_2O薄膜阴极材料.借助扫描电镜、X射线衍射仪和电化学分析仪,研究RuO_2·nH_2O薄膜的微观形貌、物相结构、循环伏安和充放电性能.实验结果表明:RuCl_3H_2O先驱体经热处理后转变成RuO_2·nH_2O薄膜,呈不定形结构时能获得较大的比电容;随着热处理温度的升高,薄膜材料的附着力提高,RuO_2·nH_2O薄膜由不定形结构向晶体结构转变,随之薄膜的比电容下降;在300℃热处理的RuO_2·nH_2O薄膜电极材料,其比电容为466 F/g,薄膜与钽基体的附着力为11.3 MPa,薄膜的单位面积质量为2.5 mg/cm~2,1 000次充放电循环后比电容为循环前的93.1%.     

CdS修饰ZnO可见光光催化降解有机污染物

采用直接沉淀法将硫化镉(CdS)沉积在氧化锌(ZnO)表面得到CdS/ZnO.运用SEM,XRD和UV-Vis DRS对催化剂进行表征.以罗丹明B(Rhodamine B,RhB)为目标化合物,研究了在可见光激发下(λ≥420nm)CdS/ZnO对目标污染物的光催化降解特性.结果表明:CdS/ZnO为棒状结构,最佳负载量在nCdS∶nZnO=20%条件下,其禁带宽度约为2.4eV,通过红外光谱(FT-IR)和总有机碳(TOC)的测定,发现该催化剂在可见光激发条件下能很好的降解RhB和水杨酸(salicylate,SA),在5h后对RhB脱色率达到90%以上,30h后对RhB的矿化率约为45%,对SA的降解率为67.6%.同时采用辣根过氧化物酶催化反应吸光光度法和苯甲酸荧光分析法跟踪分析测定RhB降解过程中H2O2和羟基自由基(·OH)的变化量,表明RhB降解机理涉及·OH历程.     

物理热蒸发法制备CdS/SiO2纳米线阵列和CdS纳米带

利用物理热蒸发法蒸发CdS和CdO的混合粉末，Si衬底表面发生了选择性刻蚀，并由此制备出CdS／SiO2纳米线阵列和CdS纳米带．研究了CdS／SiO2纳米线阵列的形成原因和CdS纳米带的生长过程，结果表明：CdS枝晶的生长对CdS／SiO2纳米线阵列的形成起到了非常重要的作用；CdS／SiO2纳米线阵列的形成符合“纳米电化学自组织机制”；CdS纳米带的生长过程为气一目过程．     

CdS修饰低密度TiO2纳米棒阵列复合膜的制备及光电性能

为了提高CdS光敏层在TiO₂一维纳米棒阵列中的填充率,在TiO₂种子层的基础上,采用水热法于FTO导电玻璃表面生长了棒长较短、棒间距较大的低密度TiO₂一维纳米棒阵列膜,通过化学浴沉积在TiO₂纳米棒表面包覆CdS种子层,以此为基底采用水热法于TiO₂一维纳米阵列中生长CdS光敏层。采用SEM,XRD及紫外-可见吸收光谱对不同CdS水热生长时间的TiO₂/CdS复合膜结构进行了表征,并对其光电性能进行了研究。结果表明,低密度TiO₂纳米棒阵列有利于CdS生长液在阵列中渗入形成完全包覆的CdS种子层,CdS光敏层通过水热过程在整个TiO₂纳米棒表面均匀生长,逐渐形成CdS对TiO₂纳米棒阵列的完全填充和包覆,并在阵列顶端形成由CdS纳米短棒组成的花状修饰层;CdS的修饰将TiO₂一维纳米阵列膜的光吸收拓展至可见光区,水热生长7 h所得到的TiO₂/CdS复合膜具有最高光电流。所制备的CdS修饰低密度TiO₂纳米棒复合膜在太阳电池器件中具有很好的应用前景。     

电化学合成重铬酸钾阳极的制备和电催化性能

针对电化学合成重铬酸钾绿色新技术,采用涂层自组装方法制备了钛基铱氧化物中间层钌铱钛氧化物复合电极(Ti/IrO_2/RuO_2-IrO_2-TiO_2).利用扫描电镜、X射线衍射分析了电极的微观结构和表面形貌,并采用循环伏安法研究了电极的电催化性能.结果表明,电极表面RuO_2-IrO_2-TiO_2柱状结晶规则均匀,并有明显空隙.电极在阳极液中析氧过电位较低,并具有稳定的较高的电催化活性.     

CdS/SiO2介孔组装体系、CdS薄膜及纳米晶的光吸收性质

通过溶胶 凝胶法获得块材CdS纳米颗粒/介孔SiO2组装体系样品,喷雾热解获得CdS薄膜,水热法合成CdS纳米晶,室温下的拉曼谱中观察到CdS的两个特征峰;在氮气中做了退火处理,发现CdS/SiO2介孔组装体系和CdS薄膜的吸收边随退火温度升高而移动,与XRD图谱中衍射峰宽化减弱相对应,其分别归属于量子尺寸效应和缺陷等的变化.     

CdS / TiO2复合半导体的表面态及光催化性能

采用浸渍法制备了CdS／TiO2复合半导体光催化剂．使用XPS和UV-Vis扩散—反射谱对样品的表面组成及光吸收特性进行了分析．结果表明,样品中的硫主要以CdS形式存在,其外层包裹了一层CdSO4;由于在TiO4表面修饰了CdS,使样品的吸收带边由400nm(3．1eV)红移至530nm(2．3eV)．采用粉末电导装置对CdS／TiO2薄膜的表面态能级进行了测试,并以活性艳红X-3B水溶液的光催化脱色为指标反应,对CdS／TiO2的活性进行了评价．与单一TiO2相比,CdS／TiO2的表面态更靠近TiO2的导带,有利于电子在表面的捕获,从而提高了样品中自由电荷的浓度,加速了活性艳红X-3B水溶液的光催化脱色反应。     

促进剂对乙醇水溶液光催化脱氢性能的影响

考察了担载各种不同过渡金属的CdS粉末光催化剂的脱氢活性,得出活性顺序为Pd(5％)/CdS(化学镀)>Pt(5％)/CdS(机械混合或化学镀)>Rh_2O_3(1％)/CdS(机械混合),否定了Cu和Ag作为主催化组分的可能性,在Pt/CdS体系中,Pt的最佳担载量为5％左右,研究了包括第二金属组分作为可能的促进剂的双金属组分M_1+M_2/Cds光催化剂的脱氢活性,肯定了Cu和Ag是Pt/CdS和Pd/CdS体系的良好促进剂,有明显助催作用.实验证明Pt(5％)+Cu(5％)/CdS为这两种金属组分的最佳匹配量。     

太阳光响应的CdS/TiO_2-NTAs复合材料的构筑及其光电性能

采用阳极氧化法在纯钛片上制备出TiO_2-纳米管阵列(NTAs),用乙二醇溶剂热沉积法在TiO_2-NTAs上负载CdS纳米颗粒.利用XRD、SEM、TEM和UV-Vis漫反射光谱对样品的晶体结构、微观形貌和光学性质进行表征.在不同波长条件下,研究了焙烧温度和CdS负载量对样品的光电流密度影响.结果表明,CdS纳米颗粒已沉积到TiO_2-NTAs内外,所制备的CdS/TiO_2-NTAs样品光吸收带边扩展到了可见光区.在全光谱和可见光谱条件下,CdS的修饰大幅度提高了TiO_2-NTAs光电流密度.当Cd2+浓度为0.005mol/L时,在全光谱照射条件下获得的CdS/TiO_2-NTAs样品光电流密度最大为1.41m A/cm2.