氧化石墨烯在氧化锌衬底上的电化学还原及其光电性能

采用阳极电泳法,在氧化锌(ZnO)衬底上沉积氧化石墨烯(GO)以形成GO-ZnO双层复合膜;采用阴极恒电位法,对复合膜上的GO进行还原。对不同还原时间的GO,通过X射线光电子能谱(XPS),傅里叶变换红外(FTIR)光谱,场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对其结构变化进行表征,采用紫外-可见(UV-Vis)分光光度法和电化学测试手段对其能级演变进行考察,并对两者的对应关系进行了讨论。研究发现,当GO膜达到最大还原态后,随还原时间增加还会出现进一步的结构转变,并最终碎裂生成边缘羧基增多的小尺寸GO。GO能隙均减小至可见光范围,其能级位置及半导体极性也产生了不同的改变。由对复合膜的光电化学测试可见,除1800 s GO能级不再与ZnO匹配外,60 s到600 s GO-ZnO复合膜均可作为阳极光电极进行太阳光电转换。对光电性能差异的讨论则可得,GO膜碎裂造成叠层形貌向无序形貌的转变有利于光电转换性能的提升。     

Bi1-xFexVO4薄膜光阳极的制备及光电化学性能

采用一步滴涂法在掺氟二氧化锡(FTO)导电玻璃上制备了Bi_1-xFe_xVO₄(x=0, 0.05, 0.10, 0.25, 0.40)薄膜, 表征了其结构、 形貌、 光学以及光电化学方面的性质. 结果表明, 掺入Fe后Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的光电流密度与 BiVO₄薄膜相比均有所提高, 其中25% Fe-BiVO₄薄膜表现出最优的光电化学性能. 在0.1 mol/L磷酸缓冲溶液(pH=7.0)中, 1.23 V(vs. RHE)电势下25% Fe-BiVO₄薄膜的光电流密度为0.50 mA/cm², 与BiVO₄薄膜的0.15 mA/cm²相比提高了3倍多. 结合X射线衍射(XRD)、 拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)表征结果证实Fe³⁺以FeVO₄的形式存在于Bi_1-xFe_xVO₄薄膜中, 形成了BiVO₄/FeVO₄复合物薄膜. 紫外-可见光谱(UV-Vis)结果显示, 所有Bi_1-xFe_xVO₄薄膜的禁带宽度均为2.4~2.5 eV. 25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能的提升主要归因于光生载流子转移效率(η_trans)和分离效率(η_sep)的提高. 能级结构图表明, BiVO₄和FeVO₄之间可以形成Type Ⅱ型能级结构排列, 可以促进光生载流子的分离与转移, 是25% Fe-BiVO₄薄膜光电化学性能提升的内在机理.     

石墨烯氧化物薄膜电极的光电化学特性

采用浸渍-提拉法制备了一系列石墨烯氧化物(GO)薄膜,并通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),傅里叶变换红外光谱,紫外-可见吸收光谱和光电化学测量等技术对样品进行了表征.在GO电极上观察到阴极光电流,且光电流密度受薄膜的厚度影响.GO薄膜电极厚度为27nm时,光电流密度为0.25μA·cm-2.此外,GO电极的光电响应还受紫外光照影响,随着紫外光照时间的延长,阴极光电流逐渐减小.该工作提供了简便的通过控制薄膜厚度或紫外光照时间来控制GO薄膜半导体光电化学性能的方法.     

ITO在NaOH溶液中阳极与阴极极化过程的电化学行为

通过循环伏安法等方法研究了氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜的电化学行为. 获得了ITO薄膜在NaOH溶液中阴极和阳极极化处理前后的循环伏安曲线. 采用透射光谱, 方块电阻测试, 扫描电子显微镜(SEM), 能量色散X射线荧光光谱(EDS)与X射线衍射(XRD)表征ITO薄膜经电化学处理后的反应产物. 结果表明, ITO薄膜在阳极处理后(约为+1.5 V(vs SCE))保持了稳定的成分和结构. 但经阴极处理后(约为-1.5 V(vs SCE))发生了严重的电化学腐蚀, 可见光透射率大幅下降, 方块电阻增加一个数量级. 经SEM、EDS和XRD表征分析, 证明阴极处理过程使ITO薄膜中的In3+还原成了In单质.     

泡沫铜负载硫化亚铜电极高效电催化还原二氧化碳制备甲酸

电催化还原二氧化碳制备甲酸是备受关注的热点问题。而电极材料是决定还原效率的重要因素。本文通过电沉积方法在泡沫铜上直接制备纳米结构硫化亚铜薄膜,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其结构性能进行了系统研究。以硫化亚铜作为阴极电催化材料、0.5 mol·L^-1 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液为电解液,在该体系中可高效催化转化二氧化碳为甲酸。结果表明,这一电解体系可有效实现电化学反应,甲酸的法拉第效率(FE_HCOOH)可以达到85%,同时甲酸还原电流密度可达到5.3 mA·cm^-2。     

锂磷氧氮(LiPON)薄膜电解质和全固态薄膜锂电池研究

采用电子束热蒸发Li₃PO₄与氮等离子体辅助相结合的方法制备了含氮磷酸锂(LiPON)电解质薄膜,已测得该非晶态电解质薄膜在温度为300K时的离子导电率为6.0×10^-7 S/cm,电子电导率低于10^-10 S/cm,电化学稳定窗口为5.0V.以脉冲激光沉积法(PLD)制备的非晶态Ag_0.5V₂O₅薄膜为阴极,真空热蒸发法制备的金属锂为阳极,LiPON薄膜为电解质,成功地制备了一个新的Li/LiPON/Ag_0.5V₂O₅全固态薄膜锂电池.该电池以14μA/cm²电流充/放电时,首次放电容量达到62 μAh·cm^-2·μm^-1,10次循环后容量衰减缓慢,衰减率约为0.2%,循环寿命达到550次以上.     

SILAR法制备TiO2/CdS/Co-Pi水氧化光阳极及其性能

采用连续离子层吸附法（SILAR）沉积CdS制备type-Ⅱ异质结TiO₂/CdS光阳极,用光电化学沉积法在TiO₂/CdS表面沉积催化剂（Co-Pi）得到TiO₂/CdS/Co-Pi水氧化光阳极。通过X射线衍射（XRD）仪、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）仪等对样品结构及组成进行分析,证明CdS与Co-Pi已成功负载在TiO₂表面。用已制备的光阳极在中性溶液中模拟水氧化测试,在较低外偏压（0 V（vs Ag/AgCl））和无电子牺牲剂的情况下,即使在可见光照射下,依然得到较高的初始光电流和稳定光电流,分别为1.3和0.5 mA·cm^-2,表明制备的光阳极可以在可见光照下有效地驱动水氧化反应。光电化学池的工作原理为,CdS吸收光子产生光生电子-空穴,TiO₂和Co-Pi分别传输电子和空穴,空穴进行水氧化,电子转移到阴极完成质子还原。     

热处理气氛对α-Fe2O3光阳极光电化学性能影响研究

分别在空气和氮气中对水热制备的薄膜进行热处理获得了纳米棒状α-Fe₂O₃光阳极。对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱和光电化学性能测试。与空气热处理获得的α-Fe₂O₃Air光阳极相比,氮气气氛热处理获得的α-Fe₂O₃光阳极正面光照电流密度显著提升达到0.42mA·cm^-2。正面光照下,α-Fe2O3N2光阳极的体内电荷分离效率ηbulk和表面电荷注入效率ηsurface都有较大增加,说明N2热处理明显增加了α-Fe₂O₃膜的载流子浓度,增强了体内载流子的传输和表面载流子注入效率。     

介孔碳化钨纳米片团簇的制备及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法与原位还原碳化法相结合,在电击穿条件下可控制备了具有介孔结构的碳化钨纳米片团簇(WC NFs)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N₂吸附-脱附测试表征其物相、微观结构和孔径分布。在1 mol·L^-1H₂SO₄溶液中采用线性扫描伏安法、循环伏安法、计时电流法以及交流阻抗谱测试催化剂的电化学性能。结果表明,在650℃下还原碳化所制备的WC NFs具有最佳的电催化析氢性能,在电流密度为10 mA·cm^-2时过电位η₁₀仅为150 mV,Tafel斜率为56 mV·dec^-1,并具有良好的循环稳定性。     

Ti和乳酸共改性α-Fe2O3光阳极光电化学性能研究

采用一步水热后在氮气中进行热处理的方法制备了Ti和乳酸共改性的纳米花状α-Fe₂O₃光阳极。对样品分别进行了X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱和光电化学性能测试。与乳酸改性的纳米片状α-Fe₂O₃光阳极相比,最优的Ti与乳酸共改性样品0.075LA-Fe2O3-0.75Ti光阳极的光电流密度从0.55mA·cm^-2提高到1.39mA·cm^-2。Ti改性明显减少了0.075LA-Fe₂O₃膜的表面态,增加了表面载流子注入效率;同时Ti的掺入也增加了电极体内载流子浓度,增强了体内载流子的传输效率。     

MnO2/H-TiO2纳米异质阵列的调控制备及超电容特性

采用目标调控的阳极氧化工艺制备了超大比表面、管与管相互分离的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTAs）基体,进而分别采用电化学氢化法和循环浸渍沉积法对晶化退火后的TiO₂ NTAs实施电化学氢化和高比电容MnO₂沉积的双重功能化改性,调控构筑了一种新型MnO₂/H-TiO₂纳米异质阵列电极材料。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（TRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱（Raman）和电化学工作站等对样品进行综合表征与超电容特性测试,结果表明：电化学氢化改性有效提高了H-TiO₂ NTAs的导电性和电化学特性,当电流密度为0.2 mA·cm^-2时H-TiO₂ NTAs的面积电容达到7.5 mF·cm^-2,是相同电流密度下TiO₂ NTAs的75倍;经过2个浸渍循环所获得的MnO₂/H-TiO₂ NTAs-2样品在电流密度为3 mA·mg^-1时比电容可达481.26 F·g^-1,电流密度为5 mA·mg^-1时循环充放电1000圈后比电容仅下降约11%。     

聚合时间对染料敏化太阳能电池中聚苯胺对电极结构和性能的影响

采用恒电压方法, 以掺杂氟的SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用不同的聚合时间制备SO₄^2?掺杂的聚苯胺对电极(PANI CEs). 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等技术详细研究了聚合时间对PANI CEs的表面形貌、结构(如掺杂度、共轭性、氧化态等)和对I^?/I^3?的催化活性的影响. SEM结果表明PANI在FTO上的生长分两个阶段. 适当增加聚合时间可以增加PANI CEs的比表面积, 为催化I^?/I^3?反应提供更多的活性位点, 同时聚苯胺链的共轭性、半氧化态聚苯胺(EB)结构的含量和对阴离子SO₄^2?的掺杂度会随着增加, 进而PANI 的导电率也逐渐增大. 然而, 聚合时间过长会引起薄膜厚度的增加和氧化结构的过多, 使PANI CEs的导电率降低, 电子在PANI 薄膜中的传输阻抗增加, 进而影响其对I^?/I^3?的催化性能. 聚合时间为300 s 时制备出的PANI 薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极和以D149 为染料时, 获得的最高电池光电转换效率为5.30%, 可达到基于Pt 对电极电池效率的88%. 因此, 通过电化学方法制备的PANI CEs有望代替贵金属Pt CEs用于DSSCs中.     

单极脉冲一步合成聚苯胺/铁氰化镍杂化膜及其过氧化氢电催化还原活性

采用单极脉冲法在铂基体表面一步合成聚苯胺/铁氰化镍 (PANI/NiHCF) 有机-无机杂化膜,并分析了杂化膜高电势静电吸引沉积机理. 高电压聚合杂化膜避免了Fe(CN)₆^3-的还原,并形成单一“不可溶”结构NiHCF. 用扫描电镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）和傅立叶变换红外（FT-IR）光谱研究了杂化膜表面形貌及组成,并考察了不同单极脉冲电压制得杂化膜的电化学性能. 结果表明,单极脉冲电压1.0 V制得的PANI/NiHCF杂化膜有最佳的电活性和良好的稳定性. 使用计时电流法考察了杂化膜电极的过氧化氢（H₂O₂）的电催化还原活性,在0.5 mol·L^-1 KCl + 0.5 mol·L^-1 HCl电解液中,PANI/NiHCF杂化膜电极过氧化氢催化还原电流与其浓度（4.0×10^-4 ~ 1.6×10^-2 mol·L^-1）呈良好的线性关系,相关性系数R = 0.9991,检出限为6.09×10-5 mol·L-1,灵敏度为1075 mA·(mol·L-1)-1·cm-2.     

PANI-SnP复合膜电极在镍镉废水中电控离子交换性能

采用滴涂法在铂基底制备了电活性聚苯胺-磷酸锡(PANI-SnP)复合膜电极,考察了该电极在Ni²⁺、Cd²⁺溶液的电控离子交换性能. 用傅立叶变换红外光谱和扫描电镜分析观察复合膜的组成及表面形貌;在0.1 mol·L^-1 Ni(NO₃)₂、Cd(NO₃)₂溶液,通过循环伏安法比较了PANI膜、SnP膜及PANI-SnP复合膜电极的电化学性能,并结合电化学石英晶体微天平技术重点考察了PANI-SnP复合膜的离子交换机制;同时,通过循环伏安法调控复合膜电极的氧化还原电位,结合X射线能谱和X射线光电子能谱分别测定了其氧化和还原状态的元素组成. 结果表明,PANI-SnP复合膜电极在Ni²⁺、Cd²⁺溶液均有良好的氧化还原电活性和可逆离子交换性能,其Cd²⁺离子选择性优于Ni²⁺离子,通过电控离子交换可使Cd²⁺离子从镍镉废水高效分离.     

Influence of Cr on the Electronic Properties of Passive Film on B30 Alloy in NaOH Solution

The influence of Cr on the electronic properties of the passive film on B30 alloy in NaOH solution was studied via electrochemical impedance spectra(EIS), potentiodynamic curve and Mott-Schottky plot. The Cr doped in the passive film on B30 alloy was detected by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). XPS results show that Cr₂O₃ appeared on the passive film, which implied the enhanced anti-corrosion of B30 alloy. The passive film showed a p-type semi-conductive character. The acceptor density(N_A) was in an order of magnitude of 10²² cm^-3, and N_A decreased with the increment of Cr. EIS results show that the film resistance(R_f) increased with increasing the amount of Cr. The diffusion coefficient(D₀) was calculated to be in a range of 10^-16-10^-17 cm^-2/s on the basement of point defect model(PDM).     

超薄Co3O4纳米片薄膜制备及其电化学传感器性能

本文以电沉积的金属钴薄膜作为原材料,通过简单的氧化技术获得了薄膜前驱体材料,并进一步在350 ^oC热处理条件下获得了超薄Co₃O₄纳米片薄膜材料. 通过扫描电镜（SEM）,X-射线衍射（XRD）,透射电镜（TEM）等手段对材料的物理结构进行了深入分析,并通过循环伏安法（CV）表征了该薄膜材料的电化学活性. 作为电化学传感器件的活性材料,该薄膜材料对H₂O₂的检测表现出较宽的线性浓度检测范围（0 ~ 4 mmol•L^-1）和较高的电流响应(~ 1.15 mA•cm^-2),在该领域具有较高的应用价值.     

石墨烯/类金刚石碳复合薄膜的电化学沉积及其场发射性能

采用液相电化学方法在硅基底上制备了石墨烯掺杂的类金刚石碳复合薄膜,探讨了电化学沉积复合薄膜的机理。利用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术对薄膜表面形貌和微观结构进行了分析表征。结果表明,石墨烯片均匀分散沉积在含氢类金刚石碳（a-C：H）基体中,沉积的石墨烯/类金刚石（G/a-C：H）复合薄膜表面相对均匀平整。场发射测试显示石墨烯掺杂使开启电场从4.7 V·μm^-1增加至5.8 V·μm^-1,场发射电流密度从384 μA·cm^-2显著增加至876 μA·cm^-2。     

电活性铁氰化镍膜电极对稀土钇的电控离子分离

通过电沉积方法分别在镀铂石英晶片和铂基底上制备了电活性铁氰化镍膜,并考察了膜电极在含钇离子溶液中的电控离子交换性能. 在0.1 mol·L^-1的硝酸钇溶液中,使用循环伏安法及石英晶体微天平技术测试考察了铁氰化镍膜对钇离子的置入释放性能及对应的质量变化,同时比较了铁氰化镍膜电极在Y(NO₃)₃和Sr(NO₃)₂溶液中的电化学性能. 在0.1 mol·L^-1 [Y(NO₃)₃ + Sr(NO₃)₂]混合溶液中,通过循环伏安法分析了薄膜对Y³⁺/Sr²⁺离子的选择性. 用扫描电子显微镜观察了铁氰化镍膜的表面形貌,并通过X射线光电子能谱仪测定了膜在氧化和还原状态下的元素组成. 结果表明,铁氰化镍膜在含Y³⁺溶液中具有良好的离子交换行为,其中氧化过程薄膜质量减少,对应着钇离子的释放;还原过程薄膜质量增加,对应钇离子的置入;在0.0 V或0.9 V调控膜电极的氧化还原状态实现对钇离子的有效分离.     

Stripping Voltammetric Analysis of Mercury at Base-treated Graphene Oxide Electrodes

According to the Rourke's model, graphene oxide(GO) synthesized from the oxidation of graphite actually consisted of partly oxidized graphene sheets and highly oxidized debris(OD). The OD was strongly adhered to the surface of graphene sheets, while they could be facilely removed by a base-washing procedure. The existence and removal by base-washing of OD were characterized by means of thermogravimetric analysis(TGA), FTIR spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), transmission electron microscopy(TEM) and Raman spectroscopy. The adsorption of OD not only made a great difference to the physical and chemical properties of GO, but also affected its electrochemical behavior when it was employed as an electrode material. In this article, we demonstrated that the electrochemical deposition and the subsequent voltammetric stripping analysis of mercury were significantly influenced by the presence of OD. The consequence suggests that the presence of OD on the sheets of GO restricts the electrochemical deposition behavior of mercury and further lowers the sensitivity of the voltammetric stripping responses. The sensitivity was observed as 0.78 A·L·mol^-1 at base-washed(bw)-GO/GC(glassy carbon) better than that at as-prepared GO(a-GO)/GC for 0.28 A·L·mol^-1. The limit of detection was calculated as 2.95 and 0.83 μmol/L before and after removing the OD, respectively. The availability of both electrodes was evaluated by detecting Hg²⁺ in lake water specimens using standard samples recovery.