脉冲电催化的研究进展及性能强化机制

基于电催化的能源转化、化学品合成及污染物降解技术是解决能源与环境问题的重要方式. 一些研究已经证明, 通过简单地施加周期性切换电位的脉冲供电策略, 将会有效提升电催化性能. 本文对脉冲供电策略在电化学高级氧化、电化学二氧化碳还原、有机电合成、电解水制氢等经典电化学体系中的应用及研究进展进行了综述, 并具体分析了其对各类电催化反应性能的强化机制, 这些机制主要包括: 通过周期性更新能斯特扩散层的物质浓度以增强催化活性; 通过动态调控中间体吸附能以提高催化选择性; 通过维持催化剂表面处于非平衡状态, 避免催化剂失活以提高催化剂的稳定性. 最后, 本文展望了脉冲电催化未来所面临的机遇与挑战.     

铂电极上二茂铁甲基季铵盐电催化氧化异烟肼的电化学及其动力学性质研究

在0.1 mol·L-1Na2SO4水溶液中,二茂铁甲基季铵盐对异烟肼的电化学氧化具有很好的催化作用。运用循环伏安法研究了二茂铁甲基季铵盐和异烟肼的浓度、扫描速率分别对该电催化氧化体系的影响,同时运用循环伏安法和计时电流法探讨了该电催化氧化反应体系的电化学动力学规律,由电化学动力学测定并计算出了该催化体系的电子转移系数α、反应级数、催化反应速率常数k值。     

L－B技术在电化学研究中的应用

Ｌ－Ｂ技术可在分子水平上按人们的预想控制分子的排列和取向，是实现分子工程的重要手段。国内外Ｌ－Ｂ技术的研究主要集中于仿生膜、特殊材料和信息器件，新开拓的电化学应用有导电材料、光电材料、电催化作用、传感器、钝化作用和反应模板等     

固/液界面现场光谱电化学

固/液界面现场光谱电化学的方法包括各种电磁波透射和反射谱(紫外可见、拉曼、红外、X-光等)、磁共振谱(ESR、NMR)以及80年代发展起来的扫描显微谱(STM等)和非线性反射光谱(SHG)等等。固/液界面现场光谱电化学已渗透到固/液界面和电极表面结构,分子水平上的吸脱附和反应机理,电催化和反应动力学等许多研究领域。本文结合文献对上述几个方面以及固/液界面现场光谱电化学的发展方向进行综述。     

原位电化学与核磁共振联用新技术及其应用进展

电极表面微观的电化学反应动力学机制无法通过孤立的传统电化学方法直接揭示,核磁共振技术能在分子水平上提供待测样品的化学位移和J耦合产生的微小分裂等信息,它可以更容易地鉴定同分异构体、分子构象和电子变化。因此,原位电化学与核磁共振联用技术可以从分子层面上对物质反应机理和反应动力学过程进行原位无损实时研究,发现非原位技术无法监测的短寿命中间体,揭示反应机理和构效关系等相关信息,是一种非常有发展前途的原位谱学技术。但是由于电化学池和核磁共振的不兼容性,对原位电化学与核磁共振的研究及应用相对较少,为了让更多的人了解原位电化学与核磁共振联用这一新技术,文章分别阐述了该技术的国内外进展、工作原理、面临的挑战及其在电化学催化及物质反应机理、燃料电池和药物研究等方面的应用,并对今后需要解决的关键性问题进行了展望。     

原位电化学扫描探针显微镜技术在电催化领域的应用进展（英文）

在电化学界面,电催化过程通常包括电子转移、吸附和脱附、静电相互作用、溶剂化及去溶剂化等多步过程,深入理解电催化反应机理极具挑战性.对纳米结构电化学界面(电极)处电催化过程的深入理解十分有助于阐明电催化反应机理和设计高性能电催化剂材料.电催化活性通常与电催化剂表面局域化的活性位点密切有关.在反应条件下,电催化反应过程的研究极大依赖于高分辨表征技术.经典的宏观电化学表征方法仅可以提供不同界面位点的平均信息,很难分辨一些特殊结构位点(如缺陷、晶界、边缘位点)的相关重要电化学信息.原位电化学扫描探针显微镜技术,包括电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)、电化学原子力显微镜(EC-AFM)、扫描电化学显微镜(SECM)及扫描电化学池显微镜(SECCM),能够在纳米及原子尺度研究电催化反应过程,弥补了宏观表征方法的不足,为探究构效关系和解析电催化反应机理提供了机遇.本文介绍了各种扫描显微技术的基本原理、特点及优劣势,并且概述了各项技术在电催化领域研究的重大进展.EC-STM和EC-AFM能够原位表征电催化过程中的纳米尺度表面结构演变及吸附/脱附过程,但无法直接测量局部电化学活性(法拉第电流).通过S...     

组装在贵金属基底上的金纳米粒子对CO的电化学催化氧化

研究了组装在Au, Pt电极表面的金纳米粒子对CO的电化学催化氧化行为, 首次在实验上观察到较大粒径金纳米粒子(粒径＞10 nm)对CO的电催化氧化活性. 考察了金粒子表面金氧化物对粒子电催化活性的影响, 发现表面金氧化物的形成是金纳米粒子对CO具有电催化氧化活性的前提. 对于相同粒径的金纳米粒子, 随着粒子表面金氧化物量的增加,催化活性增大.     

质子给受体对电催化反应影响的研究进展

质子给受体是众多电催化反应中重要的参与者,质子给受体种类和浓度对电催化反应速率甚至产物种类均会有显著影响。本文从电催化析氢、二氧化碳的电化学还原、电催化析氧及醇的电化学氧化生成醛酮的典型反应机理出发,总结这4种电催化反应中所用质子给受体种类及质子转移路径等,探讨它们对电催化反应效率的影响。     

辣根过氧化物酶在海藻酸钠水凝胶中的电化学和电催化特性

辣根过氧化物酶在海藻酸钠水凝胶中的电化学和电催化特性;辣根过氧化物酶;海藻酸钠;直接电化学电;催化     

电沉积法制备铂纳米粒子过程中卤素阴离子对粒子形貌及电催化性质的影响

在电化学沉积铂纳米粒子的过程中, 通过添加卤素阴离子, 可以显著地改变纳米粒子的形貌. 通过添加氯离子、溴离子和碘离子, 可以在导电基底上分别获得球形、片状及立方结构的铂纳米粒子. 对卤素阴离子影响电沉积铂纳米粒子形貌的原因进行了探讨. 研究了铂纳米粒子的电催化活性, 发现通过添加卤素阴离子制备得到的铂纳米粒子对于甲醇的电化学催化氧化表现出较低的电化学催化活性. 通过电化学氧化法全部或部分除去铂表面吸附的卤素阴离子后, 纳米粒子对甲醇的电化学催化氧化活性显著提高.     

基于表面金属有机化学方法的硅胶表面氧化钛的制备及表征

以普通硅胶为载体, 采用表面金属有机化学合成技术, 通过“一锅”反应制备了硅胶表面金属有机钛化合物, 然后经高温煅烧获得了硅胶表面氧化钛. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 热重分析(TG-DTA)及原子力显微镜(AFM)对硅胶表面金属有机钛化合物和表面氧化钛进行了结构表征. 结果表明, 高温煅烧过程中, 硅胶表面金属有机钛化合物不仅脱除了有机配体, 并且通氧使其表面“再生”羟基, 确保了钛的四配位形式不变; 氧化钛通过Si—O—Ti键锚定在硅胶表面, 呈分散、 孤立状态分布. 高温煅烧后, 硅胶的骨架结构保持完好.     

二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性

非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程,被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一。在目前已经报道的各种非均相光催化剂中, TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂,是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点,高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点,其关键问题主要为：如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围。尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述,但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究,而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少。为此,本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略。首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水),证实其广泛应用的可行性。然后,对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结,证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素。于此同时,对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述。从而可以初步得出如下结论：表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重,并将各种改性策略浓缩在6个方面：表面掺杂和敏化,构建表面异质结,负载纳米助催化剂,增加可利用的比表面剂,利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等。显然,表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度,从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率。而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场,不仅可以促进光生电荷分离效率,而且可以有效提高界面电荷转移效率,最终实现异质结的高光催化效率。负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率,降低光生载流子的表面复合并增加其利用率,并有可能减少不期望的表面逆反应,从而实现光催化活性提升。增加可利用的比表面剂,可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积,缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率,从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性。对TiO2纳米材料表面进行氟化,可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度,并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性,从而实现高效高选择性光催化。最后,通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面,也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率,从而获得高光催化效率。另外,这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术,值得深入研究。同时,深入的光催化分子机理探索仍然是必须的,其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素,而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术。总而言之,通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展,可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路。     

Degradation patterns and surface wettability of electrospun fibrous mats

Degradation profiles and surface wettability are critical for optimal application of electrospun fibrous mats as drug carriers, tissue growth scaffolds and wound dressing materials. The effect of surface morphologies and chemical groups on surface wettability, and the resulting matrix degradation profiles were firstly assessed for electrospun poly(d,l-lactide) (PDLLA) and poly(d,l-lactide)-poly(ethylene glycol) (PELA) fibers. The air entrapment between the fiber interfaces clarified the effects of various surface morphologies on the surface wettability. Chemical groups with lower binding energy were enriched on the fiber surface due to the high voltage of the electrospinning process, and a surface erosion pattern was detected in the degradation of electrospun PDLLA fibers, which was quite different from the bulk degradation pattern for other forms of PDLLA. Contributed by the hydrophilic poly(ethylene glycol) segments, the degradation of electrospun PELA fibers with hydrophobic surface followed a pattern different from surface erosion and typical bulk degradation.     

Surface crystallization and phase transitions of the adsorbed film of F(CF<Subscript>2</Subscript>)<Subscript>12</Subscript>(CH<Subscript>2</Subscript>)<Subscript>16</Subscript>H at the surface of liquid tetradecane

The interaction between a long chain alkane, tetradecane (abbreviated H₁₄), molecule and a semi-fluorinated alkane, 1-perfluorododecyl-hexadecane F(CF₂)₁₂(CH₂)₁₆H (abbreviated F₁₂H₁₆), molecule at the air/ H₁₄ solution interface was studied by measuring the surface tension of the H₁₄ solutions of F₁₂H₁₆ as a function of temperature and bulk concentration under atmospheric pressure. Pure liquid H₁₄ freezes without forming a condensed film at its surface. Nevertheless, a very small amount of F₁₂H₁₆ initiates the surface freezing of H₁₄. In contrast to the F₁₂H₁₆-hexadecane (abbreviated H₁₆) system, the condensed monolayer of H₁₄ has a finite solubility of F₁₂H₁₆ in the F₁₂H₁₆-H₁₄ system. By further increasing the bulk concentration of F₁₂H_16, the F₁₂ chains of the F₁₂H₁₆ molecules form the other closely packed condensed state. Hence, as in the case of the H₁₆ system, the H₁₄ system also exhibits a surface hetero-azeotrope behavior in the lower temperature region. Below the surface hetero-azeotropic point, the condensed H₁₄ monolayer containing a small amount of F₁₂H₁₆ is completely replaced by the condensed monolayer of F₁₂H₁₆. At 2 °C, for example, a surface of H₁₄ solution of F₁₂H₁₆ covered with a gaseous film of F₁₂H₁₆ is replaced by a condensed H₁₄ monolayer containing an almost gaseous state of F₁₂H₁₆, and is then completely replaced by the condensed monolayer of F₁₂H₁₆ with increasing bulk concentration. Above the temperature of the triple point for the F₁₂H₁₆ monolayer, the F₁₂H₁₆-H₁₄ system exhibits a gaseous, expanded, and condensed state.     

Understanding of surface tension?

The importance of the molar dimensions for surface properties of not too large molecules is stressed. The understanding of surface properties of pure liquids is described in molar units with a simple model of normal liquids. The increasing knowledge makes it necessary to use idealized models. A hypothesis is given for the temperature constancy of the surface energy of small molecules without H-bonds, and a model is developed for the free energy σ_m and its temperature dependency. This seldom example of the direct measurement of the isothermic work or the free energy could help to illustrate the difference between energy and free energy. Received: 24 July 2000 Accepted: 26 October 2000     

医用高分子表面及其血液相容性

本文首先概述了医用高分子表面的表征方法。接着着力讨论材料和血液的相互作用,其中主要阐述目前血液相容性研究所涉及的内容和各种抗凝假设。最后具体介绍了几种常见医用高分子材料的表面特性。     

关于表面张力和表面自由能的讨论

简要地回顾了表面物理化学中表面张力和表面吉布斯自由能(以下简称为表面自由能)两个基本概念的发展历史,讨论了表面张力和表面自由能形成的机制,以及键能与表面张力的关系,最后指出了尽管表面相可以在理论上抽象为几何面,但它是真实存在的独立相,而且由于表面自由能的原因它始终处于亚稳定状态.     

Energetics of surface atomic processes and effects on growth of ultrathin films and nanoislands

Real surfaces of a crystal, especially those of nanometer in size, have many steps and all types of lattice imperfections. Moreover, there are atoms of different atomic environments: adatoms sit at a flat terrace, kink-site atoms sit in kink sites, and step-edge atoms of various coordination numbers sit in different step-edge sites. Using field-ion and atom-probe field-ion microscopy, it is possible to measure site specific binding energies of these surface atoms, and determine the mechanisms and activation energies of the various elementary surface atomic processes, i.e. surface diffusion. For kink-site atoms, our measurements with several metals find the binding energy to be equal to the cohesive energy of these metals. Atoms at other sites have slightly smaller binding energies. However, they are not proportional to the coordination numbers of the atoms, as assumed in many calculations. Such information will not only shed light on the binding mechanisms of solids, but is also needed for understanding the mechanisms of growth phenomena, such as crystal growth and epitaxial growth of thin films and nanoislands.     

乙烯等离子体处理的云母表面结构及表面性质

用元素分析、色-质谱、裂解气相色谱和顺磁共振等方法研究了经乙烯等离子体处理的云母表面化学结构及处理过程。结果表明,云母颗粒表面形成了厚数十埃的等离子体聚乙烯膜,其化学结构与反应体系中无云母时得到的等离子体聚乙烯膜相同。通过扫描电镜观察到云母片表面的聚合膜具有规则的海星状花样,随处理时间的延长花样按比例长大。水与云母表面的接触角数据说明,乙烯等离子体处理使云母表面的疏水性提高到聚乙烯的水平,比氩气等离子体、硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂处理的效果均更为显著。