电化学与空间层选核磁共振波谱联用原位监测多碳醇氧化（英文）

醇类燃料电池具有环境友好、运输便利、反应温度低等优势,被认为是理想的能源替代品之一.含有两个碳原子以上的多碳醇,如正丁醇,在燃料电池应用中具有更高的能量密度和更低的质子膜穿透率等优点.然而,多碳醇的氧化反应通常涉及多种C-C化学键断裂,产生多种具有相似分子结构的产物和中间产物,从而增加了产物分析和反应机理研究的难度.原位电化学核磁共振联用(EC-NMR)技术将核磁共振波谱技术引入到原位电化学实验中,实时检测电化学反应过程中的谱学信息,对于深入理解液体燃料电池阳极反应的催化机理有重要应用.然而,原位电化学反应过程中磁场的时空变化通常会导致核磁共振谱峰展宽和谱图分辨率不足的问题,使其应用受到限制.本文将传统电化学方法与空间层选核磁共振波谱技术进行联用(EC-SPSENMR)以应对该挑战,实现多碳有机分子电催化过程的原位实时分析.该策略可以很好地克服原位电化学反应过程中磁场时空变化引起谱图分辨率不足等问题,在原位测量时能够记录具有清晰J偶合裂分结构的高分辨谱峰,实现对电化学反应进程中不同分子信息的直接识别,便于后续的定性和定量分析.此外,该策略还可直接在标准的商业核磁共振波谱仪器上使用,从中...     

电位调控电解质迁移过程的ToF-SIMS可视化研究

电子转移过程是电化学反应的核心,而构成电极反应的前提则是电活性物质在电极表面的迁移扩散.对电位调控下电解质迁移过程的观测,有助于对电极表面电化学反应机理进行更加深入的理解.以氯化钾溶液在金电极表面的迁移过程为研究模型,通过制备可用于高真空环境中的微流控电化学池,实现液体电化学飞行时间-二次离子质谱（ToF-SIMS）联用,用于氯化钾溶液在不同电极电位条件下迁移过程的实时监测.通过化学成像呈现不同电位下氯化钾溶液在金电极附近的分布情况,观测到K⁺与H⁺（H₂O）_n在施加-0.30 V电压后,在电极附近存在聚集,施加0.70 V电压后,电极附近处,两物种浓度明显降低.通过液体电化学ToF-SIMS联用,可实现电极调控作用下电解质迁移过程的原位监测,展现了带电粒子在电场作用下的宏观迁移过程,为电极-电解质界面的原位实时监测提供可视化的研究手段.     

钕掺杂二氧化铅复合阳极的电化学性能研究

利用电沉积法制备了钕（Nd）掺杂钛（Ti）基二氧化铅（PbO₂）复合阳极,采用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）、电化学阻抗谱、线性扫描伏安法、循环伏安法等对所制备电极的表面形貌、物相组成及电化学性能进行了分析. 结果表明,Nd 掺杂使得 PbO₂ 阳极表面颗粒变小、结构更加致密,增大了电极比表面积,改善了电极电化学性能. PbO₂ 和 PbO₂-Nd 阳极表层主要为β- PbO₂,Nd 掺杂提高了β- PbO₂ 的结晶纯度,改变了表面相的相对丰度,促进了β(101)晶面形成. PbO₂-Nd 阳极具有更小的电化学反应电阻,更高的析氧电位,更强的电子交换能力和更长的使用寿命. 将所制备电极应用于处理苯酚模拟难降解有机废水,PbO₂-Nd 阳极对苯酚具有更好的电催化氧化效果,降解3 h,苯酚去除率达85.7%,COD 去除率达73.8%. 循环使用6 次,PbO₂-Nd 阳极电催化活性无明显衰减,显示出更好的电催化耐久性.     

甲苯间接电氧化作用──铅电极上Mn（Ⅱ）的阳极氧化

研究了硫酸介质中（２～８ｍｏｌ·Ｌ－１Ｍｎ（Ⅱ）电化学氧化为Ｍｎ（Ⅱ）的反应过程。铅电极表面阳极氧化生成的ＰｂＯ＿２与Ｍｎ（Ⅱ）进行化学反应生成Ｍｎ（Ⅱ）,Ｍｎ（Ⅱ）并不直接与电极完成电荷交换。设计的流动式电解池一般情况都能达到＞９０％的电流效率。     

ZrO2掺杂铌基二氧化铅电极制备及其甲基橙降解电催化性能

本文利用电沉积制得ZrO₂掺杂铌基二氧化铅电极,通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）观察表征了Nb/ZrO₂+PbO₂电极表面形貌特征及组成. 用线性伏安曲线、电化学交流阻抗和循环伏安曲线测试了Nb/ZrO₂+PbO₂电极电化学性能,及其甲基橙（MO）的降解电催化效果. 结果表明,ZrO₂掺杂使Nb/PbO₂电极表面更致密、粗糙,结晶尺寸更小,增大了电极比表面积,提高了电极电催化活性. Nb/ZrO₂+PbO₂电极活性层主要由β-PbO₂和少量的α-PbO₂以及部分ZrO₂共沉积而成. 有较高的析氧电位、吸附电容和较低的电荷转移电阻,其甲基橙（MO）降解电催化活性更佳,降解过程受扩散控制.     

镧掺杂的二氧化锰/碳纳米管电化学超级电容器复合电极

尽管在二氧化锰/多壁碳纳米管（MnO₂/MWCNTs）上获得了较高的比电容,低电导率仍是制约MnO₂担载量或膜厚度提高的主要障碍.另一个问题是MnO₂/MWCNTs的循环稳定性远低于活性炭.所以截止到目前这一新型材料的应用仍然受到很大的限制.本文采用原位还原的方法制备镧掺杂二氧化锰/多壁碳纳米管电化学超级电容器复合电极材料.分别通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外（FTIR）光谱等技术对这些复合材料的形貌与结构进行了分析.采用循环伏安法、恒电流充放电法和交流阻抗法对其进行了电化学性能的研究.研究结果表明,通过还原MnO₄^-可以在MWCNTs上形成La掺杂MnO₂复合材料.La掺杂降低了复合电极的电阻,这是因为La的引入可以增大MnO₂的晶格缺陷,从而提高材料的电导率以及电极的电化学性能.因此La掺杂是克服MnO₂本征导电性差的有效途径之一.掺杂La可以在不增大电极电阻的情况下提高MnO₂的担载量或膜厚度.La掺杂的更重要的作用是使以MnO₂/MWCNTs作电极的对称电化学超级电容器的循环性能得到显著改善.此外,La掺杂也使复合电极的比电容得到一定程度的提高.     

氧化镍/碳纤维电化学传感器制备及用于恩诺沙星的检测

建立了基于镍修饰的碳纤维电化学传感器快速检测恩诺沙星的方法。将碳纤维（CNF）滴涂于玻碳电极（GCE）表面,采用循环伏安法（CV）将NiO纳米粒子沉积于CNF表面,制得NiO/CNF/GCE修饰电极,采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对修饰材料的形貌和元素进行表征,并将不同修饰电极放在磷酸缓冲液（PBS）中进行CV表征。对传感器制备和测定过程中的影响因素、CNF的滴涂量、缓冲液pH和Ni（NO₃）₂的电聚合圈数进行优化。采用差分脉冲伏安法（DPV）考察该电化学传感器对恩诺沙星的电化学行为。结果表明,制备的NiO/CNF/GCE电化学传感器在CNF滴涂用量为8μL,基质PBS溶液pH 6.0,Ni（NO₃）₂电聚合圈数为12圈时电极灵敏度最高,对恩诺沙星有较高的电化学响应,在0.5～80μmol/L浓度范围内与电流的变化值呈良好的线性关系,线性方程为I_p=0.0729c+0.4015（R²=0.995）,方法检出限为0.17μmol/L,实际样品平均回...     

石墨烯/导电高分子/离子液体修饰的黄曲霉毒素B1免疫传感器的制备及应用

依次电沉积氧化石墨烯、2,5二（2噻吩）-1-对苯甲酸吡咯和氯金酸于金电极表面,以EDC/NHS为活化剂,将黄曲霉毒素B₁（AFB₁）抗体共价连接在导电高分子膜上,最后滴涂1,3-二丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体于上述修饰电极表面,制得AFB₁免疫传感器。以Fe（CN）₆^3-/4-的磷酸盐缓冲溶液（pH 7.0）为测试底液,采用循环伏安法和交流阻抗法考察此免疫传感器的电化学行为。研究表明:石墨烯和纳米金的引入明显提高了修饰层的电子转移速率,使电极的表观活性面积由裸金电极的0.1772 cm²增加到0.2188 cm²和0.2640 cm²。当AFB₁浓度在3.2×10^-15～3.2×10^-13mol/L范围内,传感器的交流阻抗响应值与浓度呈线性关系,相关系数R²=0.994,检出限为1.1×10^-15mol/L。传感器在4℃下保存20周以上,电化学响应保持基本不变。本方法的灵敏度和稳定性优于现有文献报道,并应用于花生样品中痕量AFB₁的测定。     

多孔碳电极ESR电解池及其应用

多孔碳电极ＥＳＲ电解池及其应用陆君涛贺萍庄林江蓉（武汉大学化学系４３００７２）关键词电子自旋共振波谱电化学多孔电极吸附锂嵌入电子自旋共振（ＥＳＲ）又称电子顺磁共振（ＥＰＲ），是微波波段的电磁共振吸收技术，专用于检测未成对电子的样品，包括自由基、某些过...     

电化学方法固定CO2用于2-羟基-2-(4-甲氧基苯基)-丙酸甲酯的合成

在一室型电解池中, 以饱和CO₂的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶液, Mg为牺牲阳极, 不锈钢、钛、铜、镍和银为工作电极, 通过电化学方法固定CO₂, 在恒电流电解的条件下研究了对甲氧基苯乙酮的电羧化反应, 得到了重要的有机合成中间体2-羟基-2-(4-甲氧基苯基)-丙酸甲酯. 电羧化产率受支持电解质种类、电极材料、电流密度、电解电量和反应温度等影响. 经过反应条件的优化, 目标产物在恒定电流密度为5.0 mA/cm²的条件下产率达到63%. 同时, 以玻碳电极-Pt丝螺旋电极-Ag/AgI/I^-为三电极体系, 研究了对甲氧基苯乙酮的电化学行为, 根据底物在通入CO₂前后循环伏安图的变化推测了对甲氧基苯乙酮的电羧化反应机理.     

应用镍超微电极的电化学表面增强拉曼光谱技术研究

镍（Ni）电极在电化学中应用广泛。原位表征Ni电极表面的吸附物种有益于帮助理解电极反应历程、指导发展高效电催化剂。应用超微电极作为工作电极的电化学表面增强拉曼光谱技术结合了超微电极表面的传质特性和分子水平的高灵敏度表征,是研究Ni电化学的有力手段。本文所述的研究工作通过在金（Au）超微电极表面电吸附具有SERS活性的Au纳米粒子并恒电流沉积金属Ni薄层,制备并表征了具有SERS活性的Ni超微电极。在氢氧化钠溶液中的循环伏安实验和以4-甲基苯硫酚分子作为探针分子的SERS实验结果表明,沉积速率和沉积电量是影响超微电极表面Ni的覆盖度和SERS活性的关键因素。在吸附了直径为55 nm Au纳米粒子的、直径为10 μm Au的超微电极表面,以100 μA·cm^-2电流密度电沉积厚度约为5个原子层Ni的条件下,可获得Ni覆盖完好的、具有最强SERS活性的Ni超微电极。     

中空核壳结构Ni1.2Co0.8P@N-C钠离子电池负极材料的制备及拉曼研究

本文设计制备了一种新型的氮掺杂碳包覆镍钴双金属磷化物中空核壳结构纳米立方体(Ni_1.2Co_0.8P@N-C)作为钠离子电池负极材料. 该材料以镍钴类普鲁士蓝(PBA)纳米粒子为模板,先后经水热法、磷化法和高温碳化处理后合成. 将其作为活性材料应用在钠离子电池中,该材料展现出优异的循环稳定性,当以100 mA·g^-1的电流密度循环至200圈时,该材料的库仑效率保持在99.3%. 进一步通过对不同电位下Ni_1.2Co_0.8P@N-C材料中的氮掺杂碳进行原位拉曼光谱测试,结果显示钠离子在氮掺杂的碳壳中的脱嵌行为具有较大程度的可逆性,研究结果对钠离子电池充放电过程的后续电化学研究提供了有价值的信息.     

Electron transfer of quinone self-assembled monolayers on a gold electrode

Dialkyl disulfide-linked naphthoquinone, (NQ-C_n-S)₂, and anthraquinone, (AQ-C_n-S)₂, derivatives with different spacer alkyl chains (C_n: n = 2, 6, 12) were synthesized and these quinone derivatives were self-assembled on a gold electrode. The formation of self-assembled monolayers (SAMs) of these derivatives on a gold electrode was confirmed by infrared reflection-absorption spectroscopy (IR-RAS). Electron transfer between the derivatives and the gold electrode was studied by cyclic voltammetry. On the cyclic voltammogram a reversible redox reaction between quinone (Q) and hydroquinone (QH₂) was clearly observed under an aqueous condition. The formal potentials for NQ and AQ derivatives were −0.48 and −0.58 V, respectively, that did not depend on the spacer length. The oxidation and reduction peak currents were strongly dependent on the spacer alkyl chain length. The redox behavior of quinone derivatives depended on the pH condition of the buffer solution. The pH dependence was in agreement with a theoretical value of E_1/2 (mV) = E′ − 59pH for 2H⁺/2e⁻ process in the pH range 3–11. In the range higher than pH 11, the value was estimated with E_1/2 (mV) = E′ − 30pH , which may correspond to H⁺/2e⁻ process. The tunneling barrier coefficients (β) for NQ and AQ SAMs were determined to be 0.12 and 0.73 per methylene group (CH₂), respectively. Comparison of the structures and the alkyl chain length of quinones derivatives on these electron transfers on the electrode is made.     

Direct electrocatalytic reduction of p-nitrophenol at room temperature ionic liquid modified electrode

Direct electrochemical reduction ofp-nitrophenol （PNP） was investigated on a room temperature ionic liquid N-butylpyridinium hexafluorophosphate （BPPF6） modified carbon paste electrode （CILE）. The cathodic peak potential was positively shifted and the peak currents were increased compared to that obtained on traditional carbon paste electrode （CPE）. The results indicated that the presence of ionic liquid BPPF6 on the electrode surface showed excellent catalytic ability to the electrochemical reduction of PNP. The electrochemical behaviors of PNP on the CILE were investigated by cyclic voltammetry and the conditions such as the scan rate, the buffer pH, the substrate concentration were optimized. The electrochemical parameters were further calculated with the results of the electron transfer number （n）, the charge-transfer coefficient （α） and the surface concentration （Гr） as 1.76, 0.37 and 2.47 × 10^-9 mol/cm^2, respectively, for the selected reductive peak. The results indicated that PNP showed an irreversible adsorption-controlled electrode process on the CILE.     

锂钠合金的原位电化学制备及“锂+钠”共储特性

锂钠合金相较于单一锂或者单一钠具有更优异的性能,以钠金属为正极、锂金属为负极,以LiPF₆、NaClO₄以及锂钠混合离子电解液作为电解液,组装成纽扣电池,在梯度电流密度下进行充放电,成功实现了锂钠合金的原位电化学制备。得益于锂、钠双电化学活性离子的协同效应,不同钠含量的锂钠合金为负极的锂钠混合离子电容器均呈现良好的电化学性能。尤其是低钠量的锂钠合金负极,添加NaClO₄电解液时,活化的柠檬酸钾衍生碳（SCDC-活化）正极在1 A/g电流密度下循环300圈时仍能保持238 mA·h/g的比容量和99%的容量保持率。高钠量的锂钠合金负极,添加锂钠混合离子电解液时,SCDC-活化呈现了319 mA·h/g的比容量,并在循环1040圈时仍能保持93 mA·h/g的高比容量和98%的容量保持率。     

磷化钼基催化剂的制备及其电解水中的应用

以十二胺插层的正交三氧化钼为前驱体,次磷酸钠分解产生的PH3作为磷源,在限域的空间内通过原位碳化磷化法,合成了"N掺杂MoP/石墨"复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)、拉曼光谱分析(Raman)和比表面积测试法(BET)等手段对700、...     

Synthesis of optically active C2-symmetric ketones for the asymmetric epoxidation of prochiral olefins by dioxiranes generated in situ with Caroate as a peroxide source

The new optically active C₂-symmetric ketones 3a (from mannitol) and 3b (from TADDOL) were prepared and the in-situ-generated dioxiranes (with Caroate^TM as peroxide source) were shown to serve as effective oxidants for the asymmetric epoxidation (ee values up to 81%) of prochiral trans and trisubstituted olefins.     

Determination of copper and lead in schist by anodic stripping voltammetry

Samples were decomposed in HClO₄/HF mixture in a Teflon beaker to avoid electrochemical interference from platinum ions. The residue remaining after evaporation to dryness was taken up in nitric acid and examined by anodic stripping voltammetry. Both the hanging mercury drop electrode and the rotating glassy carbon electrode, mercury-plated in situ, were used with success. Copper at 120 ppm and lead at 40 ppm were determined with a relative standard deviation of 6%. The schist was the Nordic reference sample ASK-2.     

宏观均相多孔电极电化学阻抗谱基础

电化学阻抗谱可用于诊断多孔电极内电荷转移反应,即界面电荷集聚和电荷传导,以及反应物质输运。本文采用复相量方法,在同态假设条件下,重新推演多孔电极阻抗谱模型,厘清传统多孔电极阻抗谱模型中的模糊性表述。(1) 定义多孔电极表征输入参数,包括电极基体电子电导率σ₁ 、电解质离子电导率σ₂、界面电荷传递电导率g_ct、单位面积界面电容C、固相扩散系数D、速度常数k、电极厚度d、特征孔深L_p 和单位体积表面积S_c;(2) 解析阻抗谱特征输出参数,包括场扩散常数K,特征频率ω₀、ω₁、ω₂、ω₃和 ω_max,它们分别相关于界面传导反应、有限场扩散、氧化还原反应、孔内扩散和最小特征孔尺寸,以及分别对应于从传导到扩散和从扩散到饱和的转折频率f_k1 和f_k2;(3) 当参数X和Z同时变化时(X = σ₁和Z = d,S_c,L_p,C,g_ct,D,k),通过阻抗谱特征参数的演变规律,分析了电荷转移反应中X和Ζ参数耦合竞争;(4)为深入分析电荷转移反应中参数X和Z的耦合竞争,引入了分叉频率f_XZ和f_ZX 。f_XZ和f_ZX所处位置可以用于表征参数X和Z影响电荷转移反应的深度和广度。当分叉频率f_XZ和f_ZX不存在时,表明电荷转移反应中参数X和Z在全频率范围内存在耦合竞争。总之,借助于特征频率和分叉频率,本文一方面研究了动力学参数和微观结构参数对多孔电极中电荷转移反应的影响,另一方面分析谱图的变化及其背后的阻抗谱特征演化规律。本文研究结果可为阻抗谱的系统仿真和辨识提供理论基础,可为多孔电极内电荷转移反应的竞争分析提供技术支撑,还可为电化学储能系统的优化设计提供诊断工具。     

单离子聚合物快离子导体

具有高锂离子迁移数和良好可加工性能的锂快离子导体对于全固态电池的发展非常重要。然而,现有的锂快离子导体主要限制于硬质陶瓷,目前尚无柔性聚合物类型的锂快离子导体被报道。在这个工作中,我们报告了一种通过三种不同有机单体的自由基聚合反应形成的三元无规共聚单离子快离子导体(SISC)。该SISC中包含丰富的锂离子传输位点和具有阴离子锚定功能的阴离子受体。此外,三种不同单体的共聚反应带来低结晶度和低玻璃化转变温度(T_g),有利于链段运动,从而获得小的锂离子传输的活化能(E_a)。电化学测试结果表明,该SISC的室温离子电导率和锂离子迁移数分别达到1.29 mS∙cm⁻¹和0.94。将SISC与锂金属负极和多种正极(包括LiFePO₄、LiCoO₂和硫化聚丙烯腈(SPAN))原位聚合,组装得到的全固态电池具有良好的电化学稳定性。其中,Li||LiFePO₄全固态电池表现出高达8C的倍率性能和良好的循环寿命(在0.5C倍率下稳定循环 > 700圈)。这项工作提供了一种新颖的聚合物基快离子导体设计理念,对于发展高性能全固态电池具有重要意义。