F和Co共掺杂羟基磷灰石增强α-Fe2O3光阳极光电催化水氧化的性能研究

表面修饰产氧助催化剂是提高α-Fe_2O_3光电催化水氧化反应效率的重要手段.通过水热法在α-Fe_2O_3表面构筑F掺杂羟基磷灰石(F-HAP),并在此基础上通过离子交换法制备了F、Co共掺杂HAP表面修饰的α-Fe_2O_3光阳极(FCo-HAP/α-Fe_2O_3).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱、电化学阻抗谱等表征了FCo-HAP/α-Fe_2O_3结构、电化学性质和光电催化水氧化性能,并与F-HAP/α-Fe_2O_3和Co-HAP/α-Fe_2O_3等进行了对比.结果表明,F掺杂能降低α-Fe_2O_3表面HAP晶粒的尺寸,提高Co-HAP/α-Fe_2O_3的电化学活性面积,促进光生电荷向电解质转移,最终提高了α-Fe_2O_3表面的光电催化水氧化性能.     

碳纳米材料修饰阳极电极对微生物燃料电池传感器水体毒性检测灵敏度的影响

微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)传感器检测水体毒性灵敏度偏低是阻碍其实际应用的瓶颈之一。本研究利用多壁碳纳米管(MWNT)和导电炭黑(GCB)修饰石墨毡(GF),作为阳极电极启动MFC传感器。考察了碳纳米材料修饰阳极电极对MFC传感器电化学性能及水体毒性检测灵敏度的影响。结果表明,GCB和MWNT修饰的电极比未修饰的电极内阻小,MFC的功率输出由大到小的顺序为:GCB/GF-MFC(2.63 W/m~2)MWNT/GF-MFC(2.56 W/m~2)GF-MFC(2.09 W/m~2)。以3,5-二氯苯酚(DCP)作为模型毒物进行毒性检测实验,10 mg/L DCP对3个MFC毒性传感器的平均抑制率为:MWNT/GF-MFC(31.8%)GCB/GF-MFC(26.3%)GF-MFC(20.1%),碳纳米材料修饰阳极电极组装MFC的毒性检测灵敏度均有所提高,MWNT/GF-MFC灵敏度最高。本研究对MFC型传感器在水污染预警中的实际应用研究提供了参考。     

电化学法改性阳极对MFC性能的影响

采用不同质量分数的NH_4NO_3和(NH_4)_2S_2O_8溶液作为电解液,对双室微生物燃料电池的阳极炭布进行改性。以餐厨废水作为阳极底物,以K_3[Fe(CN)_6]和NaCl混合溶液为阴极液,考察不同电解液改性阳极条件下微生物燃料电池的产电性能及污水处理效果。结果表明,采用NH_4NO_3或(NH_4)_2S_2O_8改性炭布作为阳极的微生物燃料电池的发电性能和水处理效果均有改善。其中,采用质量分数为4%的(NH_4)_2S_2O_8溶液作为阳极改性电解液时,微生物燃料电池系统的产电性能达到最佳,其稳态电流密度约为60 m A/m~2,COD去除率约为42.5%。     

一步溶剂热法制备石墨烯/Fe_2O_3复合材料及电容性能研究

以氧化石墨烯为前驱物,硝酸铁为铁源,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,通过一步溶剂热法制备了粒径50nm左右、均匀地分布在石墨烯表面的石墨烯/α-Fe_2O_3(r GO/Fe_2O_3)复合材料。复合材料中的α-Fe_2O_3均匀地分布在石墨烯片层上,有效的减少了氧化铁纳米颗粒和石墨烯的团聚,实现了氧化铁与石墨烯片之间高效的组装。通过电容性能测试表明,在6 M KOH溶液中,α-Fe_2O_3、r GO和r GO/α-Fe_2O_3复合电极材料2 A/g的电流密度下比电容分别为70 F/g、167 F/g、799 F/g,复合材料的比电容比纯Fe_2O_3有明显提高,倍率特性和循环稳定性能也得到了改善,循环充放电100次后的电容保持率为42%。     

p/n结型α-Fe_2O_3光催化剂的光电压谱研究

自从1977年Schrauzcr在TiO_2上成功地光解水合成氨以来,人们对于半导体光催化剂进行了广泛的研究,而α-Fe_2O_3又因其对太阳能的良好吸收性能而显示了特殊的重要性。Kennedy等人分别对α-Fe_2O_3光阳极的光电性能,以及水在α-Fe_2O_3光阳极上的光分解等问题进行了研究。特別是1982年Somorjai报导在掺杂p/n结型a-Fe_2O_3体系成功地分解水制H_2以后,使α-Fe_2O_3的研究工作进入了一个新的阶     

碳毡电极的表面改性——Ⅱ.碳毡表面HNO_3化学改性对电极性能影响

对碳毡表面HNO_3化学改性引起电极性能的变化进行较详细研究。物理分析数据表明,由于HNO_3氧化处理,碳毡表面亲水性含氧官能团含量增加及HNO_3分子易嵌入并吸引高温碳毡石墨层状结构中的电子使空穴增多,电极表面浸润性和导电性明显提高。碳毡比表面也因HNO_3腐蚀作用有所增加。另外,循环伏安分析结果指出,在表面改性电极上Cr~(3+)/Cr~(2+)及Fe~(3+)/Fe~(2+)反应电化学活性增强,不仅峰值电流I_(pa)、I_(pa)随HNO_3氧化时间增长明显加大,而且峰电位差△Ep(=E_(pa)-E_(pc))变小,反应更趋可逆。还因为催化剂Pb沉积量增加而提高了其催化活性,经HNO_3氧化处理后的碳毡表面更利于Cr~(3+)/Cr_(2+)反应进行,其I_(pa)、I_(pc)值的增加明显高于Fe~(3+)/Fe~(2+)反应。     

生物阴极微生物燃料电池不同阴极材料产电特性

以葡萄糖(COD初始浓度为2000 mg/L, COD为化学需氧量)为阳极燃料底物, 考察了碳纤维刷和柱状活性碳颗粒作为生物阴极微生物燃料电池(MFC)阴极材料的产电性能. 研究结果表明, 碳纤维刷MFC的启动时间比碳颗粒MFC的长, 达到稳定状态后的恒负载(300 Ω)电压(0.324 V)比碳颗粒阴极MFC的(0.581 V)低. 极化分析结果表明, 碳纤维刷MFC和碳颗粒MFC的最大功率密度分别为24.7 W/m3(117.2 A/m3)和50.3 W/m3(167.2 A/m3). 电化学交流阻抗谱(EIS)测定结果表明, 由于电极材料对微生物生长和分布状态存在不同的影响, 使得碳纤维刷阴极MFC的极化内阻大于碳颗粒阴极MFC的极化内阻.     

中性条件下Ni-Pi修饰α-Fe_2O_3及其在葡萄糖燃料电池的应用

通过水热法制备具有棒状结构的α-Fe_2O_3,并在其表面用磷酸根离子修饰,将用磷酸根修饰过的α-Fe_2O_3(Pi-Fe_2O_3)用作光阳极可以在中性介质中稳定存在.通常情况下,α-Fe_2O_3是在碱性条件下稳定存在的半导体,而将Pi-Fe_2O_3作为光阳极用在葡萄糖燃料电池中,可以在中性条件下直接利用太阳能将生物质能转化为电能,这样不仅可以扩大α-Fe_2O_3的使用范围,并且可以避免生物质氧化产生的CO_2与电解液反应,保持了电池的效率.在Pi-Fe_2O_3表面担载助催化剂镍,可有效的将电流密度提高1.5倍.运用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射(UV-Vis)和电化学阻抗对样品进行结构和电化学性能进行表征,进一步证明,中性条件下修饰过的具有棒状结构的α-Fe_2O_3在葡萄糖燃料电池的研究中有很大的应用价值.     

阳极改性对单室微生物燃料电池性能的影响

构建了老龄垃圾渗滤液为底物的空气阴极型单室微生物燃料电池,以考察阳极不同改性方式对微生物燃料电池产电性能和对老龄垃圾渗滤液处理效果的影响。结果表明,碳毡阳极经过热处理、浓硝酸、酸性重铬酸钾、混酸的改性后,电池的最大输出功率密度分别提高了104%、241%、51%、181%,COD的去除率变化不大,但氨氮去除率分别增加了22.2%、21.8%、2.3%、47.3%。垃圾渗滤液pH值升高、电导率呈下降趋势。     

氧化铁负载铂纳米簇催化卤代硝基苯本体氢化性质研究

复相金属催化剂中的载体效应研究具有重要意义。我们以结构不同的氧化铁载体吸附"非保护型"Pt金属纳米簇制备了具有相同Pt纳米簇的Pt/Fe_3O_4、Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3催化剂,考察了其在无溶剂条件下(本体条件)催化邻氯硝基苯(o-CNB)选择性氢化反应的性能,发现三种铂/氧化铁催化剂的催化选择性远高于商购铂/碳催化剂,Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3的催化选择性明显高于Pt/Fe_3O_4,而Pt/Fe_3O_4的催化活性较Pt/α-Fe_2O_3高50%。铂/氧化铁对不同卤代硝基苯的本体选择性氢化反应表现出优良的催化性能,相应卤代苯胺产物的选择性均可达到99%以上。考察了温度、氢气压力对Pt/Fe_3O_4催化o-CNB本体氢化性能的影响。本工作为理解氧化铁负载金属纳米簇催化剂的特殊催化性质,进而发展高效金属纳米簇基催化体系提供了新的基础。     

硝酸盐对羰基硫与气溶胶表面非均相反应的影响

利用原位漫反射傅里叶红外光谱(DRIFTS)对硝酸盐与α-Fe2O3形成的混合气溶胶与羰基硫(COS)的非均相反应进行研究,并比较了不同硝酸盐(NaNO3、KNO3和NH4NO3)和α-Fe2O3的混合物与COS反应的情况.结果表明:NaNO3质量分数为4％的混合颗粒物与COS反应具有最高的反应活性,相比纯α-Fe2O3的反应速率提高了约5倍;含等质量分数(24％)硝酸盐的混合物和纯α-Fe2O3对COS的转化能力依次为:α-Fe2O3/KNO3＞α-Fe2O3/NaNO3＞α-Fe2O3/NH4NO3＞α-Fe2O3,而纯NaNO3、KNO3和NH4NO3颗粒与COS不发生反应.说明硝酸盐的存在很大程度上提高了COS在α-Fe2O3颗粒物表面的转化能力.     

α-Fe_2O_3 immobilized benzimidazolium tribromide as novel magnetically retrievable catalyst for one-pot synthesis of highly functionalized piperidines

Nanostructured α-Fe_2O_3 were prepared by precipitation followed by calcination method.Cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) was used as surfactant.The nano α-Fe_2O_3 was then silanized with(3-chloropropyl)-triethoxysilane(CPTES) by room temperature mixing of α-Fe_2O_3 and CPTES to produce silane coated α-Fe_2O_3(ClPr-Si@Fe_2O_3).As-synthesized ClPr-Si@Fe_2O_3 was functionalized via covalent grafting of benzimidazole to produce 3-(l-benzimidazole)Pr-Si@Fe_2O_3.This was further reacted with bromine to afford α-Fe_2O_3 immobilized benzimidazolium tribromide(α-Fe_2O_3-BIM tribromide).This ionic liquid(IL)α-Fe_2O_3 BIM tribromide was characterized by FT-IR,XRD,TEM,SEM,TGA,VSM,EDX and BET analysis.The as-synthesized IL tribromide was used as catalyst for one-pot synthesis of highly substituted piperidines.The method is greener in terms of solvent selection,recovery of the catalyst and efficiency.     

Tunable Synthesis of Core-shell α-Fe2O3/TiO2 Composite Nanoparticles and Their Visible-light Photocatalytic Activity

Uniform α-Fe₂O₃/amorphous TiO₂ core-shell nanocomposites were prepared via a hydrolysis method and α-Fe₂O₃/anatase TiO₂ core-shell nanocomposites were obtained via a post-calcination process. The structure and morphology of the products were characterized by powder X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, transmission electron microscopy and scanning electron microscopy. Amorphous TiO₂ nanoparticles with diameters of ten to several tens nanometer were formed on the surface of α-Fe₂O₃ nanoparticles and the coverage density of the secondary TiO₂ nanoparticles in the composite can be controlled by varying the concentration of Ti(BuO)₄ in the ethanol solution. The visible-light photocatalytic properties of different products towards Rhodamine B(RhB) were investigated. The results show that the α-Fe₂O₃/amorphous TiO₂ exhibits a good photocatalytic property owing to the extension of the light response range to visible light and the efficient separation of photogenerated electrons and holes between α-Fe₂O₃ and amorphous TiO₂.     

Cobalt oxide and carbon modified hematite nanorod arrays for improved photoelectrochemical water splitting

Given the proper band gap, low cost and good stability, hematite(α-Fe_2O_3) has been considered as a promising candidate for photoelectrochemical(PEC) water splitting, however suffers from the sluggish surface water oxidation reaction kinetics. In this study, a simple dip-coating process was used to modify the surface of α-Fe_2O_3 nanorod arrays with cobalt oxide(CoO_x) and carbon(C) for the improved PEC performance, with a photocurrent density at 1.6 V(vs. reversible hydrogen electrode, RHE) increased from 0.10 mA/cm~2 for the pristine α-Fe_2O_3 to 0.37 mA/cm~2 for the CoO_x/C modified α-Fe_2O_3 nanorods. As revealed by electrochemical analysis, thanks to the synergistic effect of CoO_x and C, the PEC enhancement could be attributed to the enhanced charge transfer ability, decreased surface charge recombination, and accelerated water oxidation reaction kinetics. This study serves as a good example for improving PEC water splitting performance via a simple method.     

水蒸气和α-Fe_2O_3对铈改性半焦脱除单质汞的影响研究

采用浸渍法制备了铈改性半焦吸附剂(Ce/SC),在小型固定床反应器上考察了水蒸气和α-Fe_2O_3对Ce/SC脱除Hg~0性能的影响,并利用X射线衍射、H2程序升温还原、X射线光电子能谱等分析手段对其机理进行了探究。结果表明,水蒸气会明显抑制Ce/SC对单质汞的脱除效率,原因是H_2O分子在活性组分CeO_2表面发生解离,部分晶格氧转化成Ce-OH官能团,从而导致其氧化活性的降低;α-Fe_2O_3的加入对Ce/SC的脱汞性能无显著影响;当水蒸气和α-Fe_2O_3同时存在时,Ce/SC的脱汞效率虽然有所降低,但是其降低幅度明显低于水蒸气单独作用时的情况,这主要是因为水蒸气与α-Fe_2O_3作用增加了其表面化学吸附氧的含量,提高了α-Fe_2O_3的氧化活性,促进单质汞的氧化和脱除。     

Sn、Ti掺杂改性γ-Fe2O3催化剂结构及NH3-SCR脱硝活性研究

采用共沉淀-微波热解法,制备一系列Sn、Ti掺杂改性γ-Fe₂O₃催化剂样品(γ-Fe_0.95Ti_0.05O_z、γ-Fe_0.95Sn_0.05O_z、γ-Fe_0.95Sn_0.025Ti_0.025O_z),研究Sn、Ti掺杂对γ-Fe₂O₃催化剂SCR脱硝活性的影响,借助XRD、N₂吸附-脱附、EDS及SEM等手段对催化剂晶相、孔结构、表面元素及微观形貌等进行表征分析。结果表明,Sn、Ti掺杂后以无定形态高度分散于γ-Fe₂O₃晶格中,与Fe形成固溶体;单一助剂Ti掺杂制得的γ-Fe_0.95Ti_0.05O_z 最高脱硝效率达98.3%,且在250~400 ℃脱硝效率保持90%以上;Ti掺杂可以细化γ-Fe₂O₃晶粒,优化2~100 nm孔径孔隙结构,抑制α-Fe₂O₃的生成,促使γ-Fe₂O₃形成细致、均匀、独立的球状颗粒,对SCR反应有利;Sn掺杂则使催化剂出现严重烧结现象,导致2~6 nm孔径孔结构贫乏,对SCR脱硝反应不利;在Sn、Ti协同作用下,催化剂表面氧铁原子物质的量比由1.83降至1.33,表面晶格氧显著下降,一定程度上限制了SCR反应速率的提高。     

Bio-template Synthesis of Spirulina/α-Fe2O3 Composite with Improved Surface Wettability

Bio-template method has recently attracted much attention because of its prominent advantages in obtai-ning morphology controlled materials with structural specificity, complexity and their unique functions. The bio-template method combining with electrochemical deposition was employed to synthesize spirulina/hematite composite microstructures using native spirulina as template. A great amount of hematite(α-Fe₂O₃) nanoparticles can be formed and deposited onto the spirulina, resulting in a robust and pseudo-homogeneous surface. And the spirulina/α-Fe₂O₃ composite exhibits an improved surface wettability due to its helical morphology. This facile strategy may open new horizons in the field of replicating specific biological structures for functional materials in other potential applications.     

化学气相沉积法制备α-Fe_2O_3薄膜及其性能测试——推荐一个材料化学实验

以配合物乙酰丙酮铁为前驱体,利用超声雾化的方法进行化学气相沉积制备α-Fe2O3薄膜,并对其结构和性能进行测试表征。     

广东丰顺地热发电站通水管腐蚀产物的穆斯堡尔谱的研究

穆斯堡尔谱用于研究通水管道腐蚀产物,文献^[1,2]有报导。腐蚀产物随着水中的杂质、水温及管道材料而异。     

不同方法掺杂Au对纳米α-Fe2O3气敏性能的影响

分别采用共沉淀法、浸渍法、紫外辐照法制备了掺杂不同Au含量的α-Fe₂O₃纳米粉体, 并制作了旁热式厚膜型气敏元件. 用XRD、TG-DTA和TEM技术对纳米晶的晶型、晶粒大小及形貌进行了表征. 考察了掺杂方法、Au含量及焙烧温度对α-Fe₂O₃气敏性能的影响. 结果表明, 采用三种方法掺杂适量Au后, 都使α-Fe₂O₃的气敏性有了显著提高, 其中采用共沉淀法, 在400 ℃焙烧的Au质量分数为1.5％的α-Fe₂O₃的气敏性最佳.