新型双功能复合电极的制备及其加速水中有机污染物降解作用的研究

介绍了新型复合电极的制备方法、其双功能特性以及在提高水中有机污染物(如苯胺)降解速度所起的作用,并对其作用机制进行了讨论.实验结果表明,由空气电极和TiO₂光催化剂组成的复合电极,当其工作电位控制在0.05V(vs.SCE)左右时,既具有良好的光电效应,又具有以较高效率合成H₂O₂的特性,使溶液中的有机分子获得来自光催化氧化与光化学氧化两方面的联合降解作用,从而显著地提高了有机分子的氧化降解速度.     

新型复合电极与偶氮染料分子的氧化降解反应的研究

介绍了具有合成H_2O_2和光催化性能的双功能型复合电极、双功能复合电极是 将TiO_2/C光催化剂负载在具有合成H_2O_2性能的新型载体上形成的。在光反应器 中,复合电极作阴极,钌-钛不溶性电极作阳极,低压汞灯作光源,实现了光化学 氧化与光催化氧化在同一电极/溶液界面上的联合作用。当反应器工作时,复合电 极中的TiO_2/C光催化层表面进行着光催化反应,在载体的三相界面上进行着O_2的 2电子H_2O_2的电化学反应,电流效率达82%（J = 15 mA/cm~2）,为·OH自由基的 生成提供了物质源,而且氧的2电子还原反应电位使其表面的TiO_2获得相对于平带 电位约+0.5 V的阳极偏压,改善了TiO_2的光催化活性。实验结果表明,复合电极 对提高偶氮染料分子活性艳红（K-2BP）的氧化降解速度起了重要作用。实验发现 偶氮染料分子在复合电极表面的吸附量与反应速度密切相关。文中讨论了复合电极 的作用原理及偶氮染料分子的氧化降解过程。     

新型复合电极对偶氮染料分子的光催化降解

介绍了具有合成H2O2和光催化性能的双功能新型复合电极,并用X射线衍射、扫描电镜等方法进行了表征.双功能复合电极是将TiO2光催化剂负载在活性碳(AC)和具有合成H2O2性能的新型载体空气电极上形成的.在复合电极作阴极的光反应器中,* OH和TiO2光催化剂的存在实现了光化学氧化与光催化氧化在同一电极/溶液界面上的联合作用.实验结果表明,复合电极对提高偶氮染料分子活性艳红(K-2BP)的氧化降解速度起了重要作用,仅反应3 min,脱色率可达49%;反应80 min,偶氮染料分子COD去除率可达47%.     

空气电极改性TiO2光催化剂的研究

将TiO2/C光催化剂负载在具有合成H2O2性能的空气电极上形成双功能新型复合电极.TiO2/C光催化层的微多孔特性使新型载体保持了高效合成H2O2的优势,J=15mA/cm2时,电流效率达到82%.新型载体又为TiO2/C光催化剂获得了阳极偏压,有利于将光生电子迅速导入载体,减少了光生载流子的复合.在新型光催化体系中,光化学氧化作用与光催化氧化作用有机地统一在同一电极/溶液界面附近,造成了该界面的强氧化环境,从而使有机分子的氧化降解速度得到显著提高.     

葡萄糖在碳纳米管/纳米TiO2膜载Pt复合电极上的电催化氧化

用电化学循环伏安法和计时电位法研究了葡萄糖在碳纳米管／纳米TiO2膜载Pt(CNT／nano-TiO2／Pt)复合电极上的电催化氧化,结果表明，在碱性介质中CNT／nano-TiO2／Pt复合电极对葡萄糖的电氧化具有高催化活性，葡萄糖氧化峰电流密度高达13mA／cm^2，比铂电极上的增大一倍；复合电极性能稳定，抗中毒能力强，不易发生氧化振荡，是葡萄糖燃料电池和葡萄糖传感器的高活性催化电极。     

TiO2担载在新型载体上的光催化电极

介绍了一种将TiO₂光催化剂担载在新型载体上的光催化电极.新型载体是用炭质材料和聚四氟乙烯制备的,它具有电合成H₂O₂的功能.在电流密度为15mA/cm²时,光催化电极不仅具有高达80%的电合成H₂O₂的电流效率,而且该电极的电位处在0.02V(SCE)左右,使载体表面的TiO₂光催化剂获得了约+0.47V的阳极偏压(相对平带电势),对增加TiO₂光催化反应效率十分有益.在具有新型光催化电极的光反应体系中,水中的有机分子受到来自溶液中大量·OH自由基(H₂O₂被紫外光分解的中间产物)的均相氧化(即光化学氧化),以及来自TiO₂表面光生空穴的复相氧化(即光催化氧化).在光化学氧化和光催化氧化的联合作用下,有机分子的矿物化反应速度显著提高.     

新型二氧化铅阳极电催化降解有机污染物的特性研究

通过XRD、SEM等表征,以酚类化合物为目标污染物,研究了经改性的新型含氟β-PbO2阳极电催化氧化污染物的特性.结果表明,该电极对酚类有机污染物的降解显示了良好的电催化活性、稳定性和抗腐蚀性,有较好的环保应用前景.进一步通过羟基自由基清除剂异丙醇加入前后降解效果的比较证实了本系统中有机污染物的降解主要基于羟基自由基的作用机理,是一种电化学高级氧化工艺.     

光电协同效应降解饮用水中邻氯酚的机理与动力学

要 在集成光解电解一体化反应器中, 以邻氯酚(2-CP)为模型污染物, 通过产物和动力学分析详细探讨了光电复合作用的协同效应机理, 建立了光电复合作用的动力学模式. 表观动力学常数的对比表明复合协同作用对于总有机碳(TOC)的去除具有显著的协同效应. 研究表明, 光电复合作用在研究条件下对污染物的降解具有多层次、多途径的互补效应, 降解反应的途径不止是单独的光解与电解途径的简单累加, 而是通过新的作用途径组合构成光电协同效应. 通过紫外光辐射激发和定向直流电场作用控制电极中毒和污染物分子的激发态及其迁移趋势, 从而大大提高了降解反应的效率. 通过光电复合作用能够触发构成高级氧化的多种自由基链反应, 从而取得水中有机污染物的快速、完全的矿化. 动力学分析表明, 光电协同作用在溶液中形成的羟基自由基(OH·)反应是去除TOC的主要途径.     

复合高分子膜修饰电极直接测定大脑内源性神经递质

采用阳离子交换剂Ｎａｆｉｏｎ和醋酸纤维素复合修饰的碳纤维电极具有电荷选择性和尺雨选择性，对复杂样品具有独特的选择和抗干扰性，在动物活性伏安分析中，该复合修饰电极成功地抑制了神经递质代谢产物，抗坏血酸和尿酸等电化学活性物质在电极表面的反应，直接检测了脑内神经质多巴胺的氧化电流，该电极采用静电浸浦法多次涂布，使电极的复合膜牢固，并具有很好的分析性能，同时，对复合修饰电极的作用机理进行了探讨。     

复合金属氧化物Sn-Sb-Mn/陶瓷粒子电极体系的电催化性能

通过热分解法制备了复合金属氧化物Sn-Sb-Mn/陶瓷粒子电极, 分别采用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X 射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和N2吸附-脱附等技术对电极的形貌、晶相组成、比表面积和孔径分布进行了表征. 考察了该三维粒子电极系统的析氧特性, 采用循环伏安法分析了三维系统的电催化性能, 并且进行了电化学催化降解苯酚的试验. 结果表明, 制备的陶瓷粒子电极涂层比表面较大、孔结构发达, 有利于电催化反应; 电催化降解主要发生在电化学析氧区; 粒子电极系统对苯酚降解作用显著, 明显高于二维电极系统, 苯酚的去除率为92.3%, 总有机碳(TOC)的去除率为66.7%. 研究结果表明, 该三维粒子电极系统具有优良的电催化性能.     

低成本-高性能超级电容器有机小分子电极材料的研究进展

超级电容器因为具有快速充放电速率与高功率密度,已经在许多能源储存领域的应用中取得了迅速的发展,其可以在备用电源、军用设备、便携式电子产品以及混合动力汽车等方面作为电池的有效补充。其电极材料的特性是决定电荷存储的最关键因素。与传统的碳材料、过渡金属氧化物、氢氧化物及导电聚合物相比,有机小分子材料具有资源可持续性、环境友好性、潜在的低成本、结构多样性等特点,在低分子量下可实现多电子可逆法拉第反应,为获得高能量密度的超级电容器奠定电化学反应基础。通过共价或非共价功能化的方法将氧化还原活性有机分子固定在导电碳基底上(如石墨烯、碳纳米管、活性炭等),可以方便地将电荷从电活性分子转移到载流元件,提高电化学储能器件的功率能力,使其电化学性能得到有效的发挥。这篇综述总结了近期报道的低成本、高性能有机小分子电极材料,通过有机小分子的共价功能化和非共价功能化,从合成策略和化学修饰等角度进行了介绍,最后对有机小分子电极材料的发展趋势进行了展望。     

钯基氧还原反应电极的构筑及其在水处理领域的研究进展

发展氧气还原反应(ORR)的二电子高效电催化剂一直是燃料电池领域的研究热点,但针对具有二电子还原特征且可应用于水处理领域电极材料的研究还处在起步阶段。本综述介绍了近年来二电子还原特征的贵金属电极材料及其在电催化处理水中污染物的研究进展。在Fe~(2+)存在下,Pd基电极材料催化氧气还原合成H_2O_2,间接催化氧化水中有机污染物,实现有机物的矿化降解和水质的净化;Pd基电极催化还原水中有机污染物、无机盐等,将其转化为低毒性、易处理产物并彻底去除;Pd基催化电极的高效电子传导性能增强了水中重金属离子的氧化/还原转化,实现重金属去除。本综述展望了纳米电极材料在水处理应用的机遇与发展方向。     

掺硼金刚石电极电催化氧化酚类有机物的取代基效应

本文主要以当前水环境中存在酚类有机污染物为研究对象,探讨酚类有机污染物在掺硼金刚石(BDD)电极上的取代基效应,具体研究具有不同位置及种类官能团的取代酚类有机污染物在BDD电极上的电催化氧化过程,通过化学需氧量和浓度变化考察有机污染物在电催化降解过程中的降解趋势,深入分析电极种类、官能团位置与种类与电催化氧化活性之间的联系的同时,研究阳极材料电催化氧化有机污染物的机理及动力学。结果表明,有机物在电极表面的电催化过程以电产生羟基自由基为媒介,对苯二酚在不同电极上的电催化活性与电极析氧电位及表面产生羟基自由基量有着重要的联系,BDD电极拥有最强的电催化氧化活性;不同取代基团的对位取代酚在BDD电极上的电化学降解实验显示电催化反应速率受取代官能团自身的电子效应制约,有机物矿化过程中羟基自由基首先进攻苯环的对位发生取代反应,同时取代基脱离苯环过程成为整个取代酚类电化学降解过程的决速步骤,且有机物的电催化反应速率与取代基特征Hammett常数σ呈近似线性关系。     

降解水中有机毒物的新型反应体系研究

利用空气中的氧电化学合成H₂O₂,制备具有较高电流效率的空气电极.将空气电极用于构成降解有机毒物的新型反应体系电化学氧化体系、光激发氧化剂氧化体系和光电-Fenton氧化体系.实验测量了H₂O₂在不同体系不同条件下的分解速率,并与相应的传统式体系作了比较.实验测量了苯胺在新型体系中的矿化反应速率,发现H₂O₂的分解速率与苯胺的矿化速率有良好的平行关系,其中H₂O₂分解速率最快的光电-Fenton体系是氧化降解有机分子的最佳体系.通过光电-Fenton体系和光-Fenton体系的比较,揭示了空气电极/溶液界面在光电-Fenton体系中所起的重要作用.初步讨论了苯胺分子在光电-Fenton体系中矿化反应的机制.     

亚硒酸钠在L-半胱氨酸自组装类生物膜修饰电极上的电化学行为

利用L-半胱氨酸自组装膜修饰金电极(L-Cys,Au/SAMs), 在0.05mol/L H_2SO_4 底液中研究了 Na_2SeO_3 的电化学特性.在0.00～1.30 V (vs. SCE) 电位范围内对微量Na_2SeO_3进行循环伏安扫描,发现L-Cys, Au/SAMs修饰电极在峰电位0.89 V处有灵敏的Se的氧化溶出峰.通过比较裸金电极和修饰电极在Na_2SeO_3 溶液中的电化学特性发现,修饰电极通过巯基中的S与Na_2SeO_3发生氧化还原作用生成Se,且修饰电极对沉积在电极表面的Se的氧化过程具有催化作用.根据Na_2SeO_3在单分子膜上的电化学行为,提出了单分子膜中硫(Au-S)与Se(Ⅳ)作用生成Se的反应机理、Se电化学催化氧化机理及巯基化合物通过生成纳米硒生物吸收Se的类生物膜模型.     

修饰铂阳极上氯离子对4种有机醇电氧化反应的阻化作用

采用循环伏安法和计时电流法,分别在裸铂电极和聚缬氨酸/含稀土氰桥混合配位聚合物化学修饰铂(Poly-valine/Nd-Fe-Mo Cy MCP/Pt)电极上定量研究了支持电解质中氯离子对甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇4种有机醇阳极氧化伏安特性的影响.结果表明,在弱酸性介质中,无论在裸铂电极或修饰铂电极上,电解液中的氯离子对4种醇的阳极氧化反应均可产生阻化作用.当阻化作用显著发生时,相应氯离子的临界浓度均介于10-5~10-6mol/L之间,说明铂阳极上氯离子的足量吸附是导致4种醇电极氧化反应被阻化的主要原因.此外,通过讨论氯离子浓度变化对4种醇正、反扫描过程中不同氧化峰电流间比值及计时电流曲线的影响,初步证明在4种有机醇分子涉及生成CO及CO2产物的氧化反应步骤与涉及生成其它氧化产物的反应步骤之间,氯离子的阻化作用存在明显差异.     

PbO2/Sb-SnO2/TiO2纳米管阵列电极电化学氧化降解罗丹明B

罗丹明B(RhB)在印染废水中广泛存在,具有难降解和易积累等特点,严重威胁生态系统和人类健康,因此寻找一种高效、清洁、经济的处理方法引起人们的广泛关注.电化学氧化法因其操作简单、环境友好等特点而广泛应用于难处理废水或有毒废水的降解,但过多的能源消耗限制了其进一步应用.在电化学氧化过程中,电极材料的选择是影响电催化性能的重要因素之一,目前的电极材料主要有硼掺杂金刚石电极、IrO_2电极、Ru O_2电极和PbO_2电极等.在这些电极材料中,PbO_2电极因价格低廉、导电性良好、化学稳定性好及析氧电位高等优点而成为具有潜力的电极材料之一.近年来,为了提高PbO_2电极的电催化活性和稳定性,研究者对其进行了一系列掺杂改性,如Cu, Bi, Ce, Fe和F等金属或非金属掺杂,以及与TiO_2, SnO_2, ZrO_2, Co3O4和TiN等其他化合物复合等.相比于传统的PbO_2电极基底Ti, TiO_2纳米管阵列具有高度有序、垂直取向、表面积大及亲水性良好等优势,这些特性可使其成为一个更好的载体,关于其做基底负载电催化活性层的研究引起了人们的广泛关注.本文以TiO_2纳米管阵列作为基体,通过微波法沉积Sb-SnO_2中间层,电沉积法沉积PbO_2b表层(含α-PbO_2内层和β-PbO_2外层),制得一种复合DSA阳极材料,并将其用于处理Rh B废水.通过扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试等手段对该复合电极进行了表征,系统探讨了RhB初始浓度、电流密度、pH值、温度和氯离子浓度等因素对电化学氧化降解过程的影响,并对电极稳定性及Rh B降解机理进行了深入研究.SEM和XRD结果表明, PbO_2/Sb-SnO_2/TiO_2纳米管阵列电极表面涂层覆盖紧密,电化学测试结果表明该电极寿命达815h.RhB电化学氧化实验结果发现, RhB降解过程遵循准一级动力学模型,且高的电流密度、中性环境、低温和氯离子的添加均有利于其降解,但电流密度过高以及人工降温均会造成能耗过大,而氯离子的加入会带来潜在的二次污染,故在实际应用中需根据实际情况进行调节.此外,通过系统研究不同参数的影响,发现该复合电极对外界环境具有较强的适应性及催化能力,而降解机理的提出有利于我们更好地研究降解过程中变化.综上可知,该复合电极较强的稳定性及催化活性使其在电化学氧化降解废水中具有较大潜在应用前景.     

用于可充电器件的有机电极材料

有机化合物作为可充电器件的电极材料可以通过自身电活性部位电荷状态的变化来实现本征的氧化还原反应。除了锂离子电池外,有机电极材料还可以用于其他离子半径更大的金属离子电池(如Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Zn²⁺等)。有机电极材料还具有诸多优势,比如结构多样、成本低廉、资源丰富和可持续性高,易于通过适当的材料设计调整其性能等,已被证明在可充电器件中具有重要的应用潜力。然而,有机电极的实际应用仍需要解决一些关键问题,例如导电性差和在常规有机电解液中溶解等。本文介绍了各种具有不同氧化还原活性中心的有机电极材料及其反应机理,包括有机硫化物、有机自由基、亚胺类化合物、偶氮化合物和羰基化合物;重点总结了有机羰基化合物电极材料在性能改善方面的策略以及近5年在可充电器件中的应用;最后,讨论了有机电极材料需要应对的挑战以及未来的机遇。     

载氧化钌碳纳米管超级电容器电极

研究了一种采用溶胶-凝胶方法制备超细氧化钌粉末的新方法，该方法制备的氧化钌电极材料在250 ℃热处理后具有570 F•g－1的比电容量并具有典型的多孔特征.通过在碳纳米管表面化学沉积氧化钌的方法制备了不同成分的氧化钌/碳纳米管复合电极,并探讨了其电化学伏安特性和直流充放电特性.该复合电极具有高能量密度特性，同时还具有良好的高功率放电特性.     

还原氧化石墨烯/Au复合微电极阵列的制备及光电特性

利用双光束干涉-无掩模光刻技术制备了周期性氧化石墨烯微结构阵列,利用肼蒸气对氧化石墨烯脱氧还原,然后蒸镀超薄Au薄膜制备了还原氧化石墨烯/Au复合微电极阵列(R-GO/Au).对复合电极在可见光波段的透过率和表面电阻进行了表征,结果表明,R-GO/Au复合微电极阵列具有良好的光电特性.将R-GO/Au复合微电极阵列引入到有机太阳电池中作为半透明阳极,器件的光电转化效率可达3.43%.