辣根过氧化物酶的电化学固定化及其对H2O2的生物电催化还原作用

利用电化学固定化方法制备了聚吡咯/辣根过氧化物酶(PP/HRP)膜电极,并研究了其电化学行为。在除氧的磷酸盐缓冲液介质中,PP/HRP电极加速H₂O₂的还原,归因于酶加成物的直接电子传递。探索HRP与电子传递体K₄Fe(CN)₆在聚吡咯(PP)膜中的同时固定化条件及其膜电极的电化学行为,实验证实,K₄Fe(CN)₆在酶膜中的存在使得H₂O₂的还原电位强烈正移,在-0.05V的工作电位下能对H₂O₂进行检测,相应的电极过程可用间接氧化还原催化机理解释。     

钴电极在碱性溶液中氧化还原反应的现场共聚焦显微喇曼光谱研究

采用现场共聚焦显微喇曼光谱研究钴电极在碱性溶液中的氧化还原行为和生成物的喇曼光谱特征.研究结果表明:电位正向扫描时,在-0.64V左右Co氧化生成Co(OH)₂和CoO,随着电位正移逐步生成Co₃O₄,在正电位区电极表面层主要是Co₃O₄、CoOOH和CoO₂等;电位负向扫描时,电极表面上的高价含氧化合物相继还原为Co₃O₄和Co(OH)₂,并最终还原为Co.由不同电位下的生成物的喇曼光谱可以看出:电极表面上的氧化还原反应是随电位变化而逐步进行的连续化反应过程,并主要形成复合含氧化合物.     

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.     

金复合介孔SBA-15吸附血红蛋白在H2O2电催化反应中的应用

以P123嵌段共聚物表面活性剂为模板剂制备介孔氧化硅SBA-15,并用沉积-沉淀(DP)法在SBA-15介孔表面负载纳米Au颗粒制备得到金复合介孔SBA-15材料(Au-SBA-15).再以Au-SBA-15材料制备玻碳修饰电极,将血红蛋白固定于修饰电极上用循环伏安法考察其对不同浓度H₂O₂溶液的电催化反应.在固定了血红蛋白的Hb/Au-SBA-15/GC修饰电极上,H₂O₂在+0.95 V处出现了氧化峰,且随着H₂O₂浓度的增大峰电流不断增加,说明金复合介孔氧化硅材料具有良好的生物兼容性,有利于血红蛋白的固定,其修饰电极对H₂O₂溶液具有一定的电催化作用.     

碳纳米管电极上辣根过氧化物酶的直接电化学

制备了碳纳米管修饰玻碳电极(CNT/GC).将辣根过氧化物酶(HRP)固定在CNT/GC电极表面,形成HRP-CNT/GC电极.研究了HRP的直接电子转移.实验结果表明,HRP在CNT/GC电极表面能进行有效和稳定的直接电子转移反应,其循环伏安曲线上表现出一对良好的、几乎对称的氧化还原峰;式量电位E^0'几乎不随扫速(至少在20～100 mV/s的扫速范围内)而变化,其平均值为(-0.319±0.002) V (vs. SCE, pH 6.9); HRP在CNT/GC电极表面直接电子转移的速率常数为(2.07±0.56) s^-1;式量电位E^0'与溶液pH 的关系表明HRP的直接电化学是(1e+1H⁺)的电极过程.进一步的实验结果显示,固定在CNT/GC电极表面的HRP能保持其对H₂O₂还原的生物电催化活性,而且能快速地响应H₂O₂浓度的变化.本文制备碳纳米管修饰电极和固定酶的方法具有简单和易于操作等优点,可用于获得其它生物氧化还原蛋白质和酶的直接电子转移.     

酞菁钴及其衍生物修饰电极对分子氧的电催化还原

在玻碳电极上采用吸附法制备了四溴代酞菁钴(CoPcBr₄)、酞菁钴(CoPc)和四-α-(2,2,4-三甲基-3-戊氧基)酞菁钴(CoPc(OC₈H₁₇)₄)修饰电极。利用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了修饰电极在酸性介质中对分子氧的电催化还原,比较了不同取代基的酞菁钴对电催化性质的影响。结果表明,它们对分子氧还原均具有良好的电催化活性,其中酞菁钴和四-α-(2,2,4-三甲基-3-戊氧基)酞菁钴对O₂的催化是2电子还原生成H₂O₂,与裸电极相比,O₂的还原峰电位分别向正方向移动了0.33和0.48 V。而四溴代酞菁钴修饰电极在-0.1和-0.7 V附近产生的2个还原峰,说明它催化O₂到H₂O₂的还原以后还可以促进H₂O₂继续还原到H₂O,最终实现O₂的4电子还原。     

还原氧化石墨烯修饰泡沫镍原位负载MnO2对H2O2电还原反应催化性能的研究

采用两步易操作的水热法制备了还原氧化石墨烯（rGO）修饰泡沫镍（Ni foam）基体原位负载MnO₂纳米片（MnO₂/rGO@Ni foam）催化剂电极.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对电极的微观形貌和组成进行了表征.利用循环伏安法和计时电流法对电极对H₂O₂电还原反应的催化性能进行了系统的测试.根据测试结果得知,电极在3 mol/L NaOH和1 mol/L H₂O₂溶液中表现出最佳的催化性能.在该溶液中,当电位为－0.8V时,H₂O₂电还原反应的电流密度可以达到240 mA/cm²,高于同等条件下MnO₂直接生长在Ni foam上的电流密度180mA/cm².通过不同温度下的极化曲线计算出了在该电极上H₂O₂电还原反应所需的活化能大小为21.53 kJ/mol,明显低于文献中报道的数值.对比实验结果表明rGO的加入显著地改善了MnO₂催化剂的催化性能与稳定性.     

Co3V2O8催化剂的合成表征及其催化性能研究

采用共沉淀法制备了Co₃V₂O₈催化剂,并对催化剂进行了BET、XRD、H₂-TPR、XPS、和 TEM等技术表征,研究了其丙烷氧化脱氢 (ODH) 制丙烯反应的催化性能。H₂-TPR和XPS实验结果表明,Co₃V₂O₈催化剂中晶格氧可以较容易转换成可动氧物种(即未完全还原氧物种),使催化剂内各种价态的钒之间易于进行氧化还原反应并形成氧缺位,催化剂的表面含有较多未充分还原氧物种O^-和V⁴⁺ 物种。催化活性结果显示,在425℃和475℃,丙烯选择性分别为49.45%和33.74%,表现了较好的催化性能。     

基于钯纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的电化学葡萄糖生物传感器

将电化学氧化生成的Pd(Ⅳ)离子配合到直立碳纳米管(ACNTs)上, 使其还原为纳米颗粒(Pb nps), 从而制得Pd nps-ACNTs纳米复合物电极, 经过葡萄糖氧化酶(GOD)进一步修饰后, 制成GOD/Pds nps/ACNTs酶电极, 通过测量GOD和葡萄糖酶促反应中产生的H₂O₂含量, 进而监测葡萄糖浓度. 实验结果表明, 电极表面大量Pd纳米颗粒的存在显著提高了传感器的检测灵敏度, 使酶电极具有响应时间短(<5 s)及检测电位低(<0.4 V)等优点.     

Ir/SiO2上甲烷部分氧化制合成气反应的原位时间分辨红外和原位Raman光谱表征

采用原位时间分辨红外光谱和原位显微Raman光谱技术对Ir/SiO₂上甲烷部分氧化(POM)制合成气反应的初级产物和反应条件下催化剂表面物种进行了跟踪考察,实验结果表明,在H₂预还原的新鲜Ir/SiO₂表面,CO是V(CH₄):V(O₂):V(Ar)=2:1:45混合气反应的初级产物,因而甲烷的直接氧化过程是CO生成的主要途径;而在稳态反应条件下,CO生成的途径可能主要来自CO₂和H₂O与催化剂表面积碳物种(CHx)和/或CH₄的反应.催化剂上生成的积碳可能是导致稳态条件下Ir/SiO₂上POM反应机理不同于H₂预还原的新鲜催化剂的主要原因.     

泡沫镍载 NiCO2O4电极的制备及其催化 H2O2电氧化的性能

本文以水热法结合热处理法原位制备了泡沫镍载 NiCo₂O₄纳米线电极,使用XRD、SEM和TEM对合成的 NiCo₂O₄纳米线进行了表征,NiCo₂O₄纳米线直径约80 nm,长度约 3 ~ 5 μm. 使用循环伏安和计时电流法测试了泡沫镍载NiCo₂O₄纳米线催化H₂O₂的电氧化性能,结果表明泡沫镍载NiCo₂O₄纳米线对H₂O₂电氧化有着优良的催化活性、稳定性和传质性能,在0.3 V电位下0.4 mol·L ^-1 H₂O₂和2 mol·L ^-1 NaOH溶液中氧化电流可达380 mA·cm ^-2.     

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.     

对苯二胺在血红蛋白/聚L-谷氨酸/玻碳修饰电极上的可逆氧化

采用电聚合法在玻碳电极(GCE)表面得到导电性能良好的聚L-谷氨酸(PGA)薄膜,通过共价键合法将血红蛋白(Hb)固定于电极表面得到稳定且具有催化活性的Hb/PGA/GCE修饰电极,将其用于对苯二胺(PPD)的可逆氧化。 修饰电极交流阻抗及血红蛋白直接电化学实验表明,血红蛋白成功地固定于电极表面,保持良好的电催化活性,能有效催化H₂O₂的还原。 PPD在电极上表现为受吸附控制的准可逆氧化还原反应,I_p,a/I_p,c约为1.02,电极没有明显的钝化现象。 氧化还原峰电流与PPD的浓度均呈良好的线性关系,I_p,a(μA)=3.124+0.705c_PPD(mmol/L)(r=0.9973)。 H₂O₂的存在使PPD氧化还原峰型更对称,可逆性更好,表明体系中PPD氧化与过氧化酶催化途径一致。     

五氧化二钒/铈改性二氧化钛催化甲醇高选择性氧化制备二甲氧基甲烷

通过溶剂热法制备Ce掺杂的TiO₂,利用等体积浸渍法制得一系列V₂O₅/Ce-TiO₂催化剂,并用于甲醇选择性氧化制二甲氧基甲烷(DMM)。 采用XRD、UV-Vis、 H₂-TPR、NH₃-TPD等技术手段对催化剂进行了表征。 结果表明,Ce掺杂改性后的TiO₂负载V₂O₅更有利于催化剂表面钒氧物种的分散,且钒氧物种主要以孤立的和聚合态的形式存在,没有形成V₂O₅晶相结构。 Ce掺杂改性后,改变了TiO₂载体与钒氧物种间的作用力,Ce掺杂量越大,钒氧物种的还原温度逐渐向高温移动,使得催化剂的氧化还原能力减弱。 Ce改性的TiO₂负载V₂O₅,Ce的改性量对催化剂的酸性质几乎没有影响,但是催化剂的酸性却随着V₂O₅负载量的增大而逐渐减弱。 当Ce和Ti的摩尔比为0.01,V₂O₅的负载量为10%所得催化剂10V/1Ce-TiO₂具有较为适宜的氧化还原性和酸性,在反应温度160 ℃时,甲醇的转化率为39.6%,DMM的选择性高达99.9%。     

稀土掺杂对氯化氢氧化制氯气CuO-CeO2-SiO2催化剂结构和性能的影响

采用模板法制备了CuO-CeO₂-SiO₂和稀土掺杂的CuO-Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂ (M=La, Pr, Nd)催化剂. 运用X射线衍射(XRD), N₂吸附-脱附, 透射电镜(TEM), 拉曼(Raman)光谱, X射线光电子能谱(XPS)和氢气-程序升温还原(H₂-TPR)等手段对催化剂的结构进行表征, 并考察稀土掺杂对氯化氢催化氧化制氯气性能的影响. 结果表明, 稀土掺杂进入CeO₂晶格中形成良好的固溶体结构, 获得更小的晶粒尺寸和更高的比表面积, 并且显著提高了固溶体的表面氧空位浓度. 稀土掺杂显著影响了催化剂的氯化氢催化氧化活性, 活性顺序为: CuOCe_0.9La_0.1O₂-SiO₂>CuO-Ce_0.9Nd_0.1O₂-SiO₂>CuO-Ce_0.9Pr_0.1O₂-SiO₂>CuO-CeO₂-SiO₂, 固溶体氧空位浓度的高低与氯化氢氧化活性直接相关. 通过与Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂催化剂的结构和性能的对比, 发现氧空位浓度的提高并不能增强在固溶体表面发生的氯化氢氧化反应. 动力学测试显示, 稀土掺杂后, 氧分子的吸附成为反应过程的决速步骤. 但在V(O₂):V(HCl)=1 条件下, 更高的氧空位浓度导致了固溶体更低的氯化氢氧化反应速率. 结合机理分析认为, CuO-Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂催化剂更高的氧空位浓度增强了固溶体表面的“氧溢流”, 加快了氯化氢氧化的整体反应速率, 这是CuO-Ce_0.9M_0.1O₂-SiO₂具备高活性的关键.     

Al2O3改性CuO/Fe2O3催化剂水煤气变换反应性能

采用分步共沉淀法制备了不同Al₂O₃含量(0%-15% (w))的CuO/Fe₂O₃催化剂, 并进行水煤气变换反应(WGSR)评价测试. 制得的催化剂中含有复合物CuFe₂O₄, 其晶粒尺寸, 氧化还原性质和表面Cu分散通过相应表征手段加以研究. X 射线粉末衍射(XRD), 拉曼(Raman)光谱, N₂物理吸附, N₂O分解和CO₂程序升温脱附(CO₂-TPD)等表征技术说明适量Al₂O₃的加入可以促进尖晶石CuFe₂O₄发生由四方相向立方相的转变, 阻止催化剂中Cu烧结, 增大表面Cu分散, 增加弱碱性位点的数量. 此外, 采用H₂程序升温还原(H₂-TPR)技术探究改性的CuO/Fe₂O₃催化剂的还原性能. 关联结果发现, Al₂O₃掺杂在增大铜物种的耗氢量, 降低其还原温度方面起着重要的作用. 即Al₂O₃的添加促进CuO/Fe₂O₃催化剂中铜铁物种之间的协同作用. 结合活性测试和表征结果,适量的Al₂O₃ (10%(w))改性的催化剂具有较小的Cu颗粒尺寸、较大的Cu分散、较强的还原性能、较多数量的弱碱性位点, 因此具有更好的初始活性和热稳定性.     

甘氨酸修饰的Pt(111)电极上的氧还原

利用单晶旋转圆盘电极技术（Hanging Meniscus Rotating Disk Electrode,　HMRD）在硫酸和高氯酸溶液中分别研究了甘氨酸修饰的Pt(111)电极表面氧分子的电催化还原反应. 实验发现：在硫酸溶液中,经甘氨酸修饰的Pt(111)电极表面的氧还原活性明显提高,其中氧还原的半波电位与Pt(111)电极的相比正移约0.1 V,而在高氯酸溶液中,甘氨酸修饰的Pt(111)电极的活性几乎没有发生变化. 该实验结果表明：甘氨酸修饰的Pt(111)电极一方面抑制了SO₄^2-在电极表面的吸附,另一方面又能在电极表面提供相邻的空位供氧分子吸附. 通过与文献中报道的CN^-修饰的Pt(111)电极上的氧还原结果的对比,可以推测甘氨酸修饰的Pt(111)电极表面氧还原活性提高是由于甘氨酸在Pt(111)表面可能先被氧化成CN^-后吸附在电极表面,进而促进了氧分子的电催化还原反应.     

基于纳米CdS对尿酸的光催化氧化和铜(Ⅱ)配合物对氧的电催化还原的燃料电池性能

以纳米硫化镉薄膜修饰的铟锡氧化物电极(CdS/ITO)作光阳极, 铜(Ⅱ)配合物[Cu(phen)(L-Trp)·(H₂O)]⁺(phen=1,10-菲啰啉, L-Trp=L-色氨酸)修饰单壁碳纳米管(SWCNTs)电极作阴极, 构建了光催化尿酸(UA)燃料电池, 并研究了其性能及热处理温度的影响. 结果表明, 在40 ℃以下获得的纳米CdS修饰电极在320~550 nm波长区间显现明显的吸收和光伏响应, 在可见光辐射下能光催化氧化UA; 较高温度的热处理(200~300 ℃)却降低了纳米CdS对UA的光催化氧化活性. [Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极在-0.131 V电位下呈现一对准可逆的氧化还原峰, 并能电催化还原O₂和H₂O₂. 此外, 基于UA在CdS/ITO电极上的光催化氧化及O₂在[Cu(phen)(L-Trp)(H₂O)]⁺/SWCNTs电极上的电催化还原, 组装了UA(0.2 mmol/L)燃料电池, 其在可见光照射(0.18 mW/cm²)下产生0.52 V开路电压, 13.08 μA/cm²短路光电流, 在0.41 V下呈现的最大功率密度为4.10 μW/cm².     

Au单晶表面氟表面活性剂FSN自组装膜的电化学行为

研究Au(111)和Au(100)表面非离子型氟表面活性剂FSN自组装膜的电化学行为.电化学扫描隧道显微术和循环伏安法测试表明,在0～0.8 V电位区间,FSN自组装膜未发生氧化还原,均一性好,可稳定地存在于电极表面,并显著抑制硫酸根离子在电极表面的吸附和Au单晶表面的重构.在FSN自组装膜Au单晶电极的初始氧化阶段,Au(111)表面有少量突起,而Au(100)表面呈现台阶剧烈变化,但FSN自组装膜的吸附结构没有改变.与Au(100)表面相比,Au(111)表面形成的FSN自组装膜可更有效地抑制Au表面的氧化.     

Sb在Au电极上不可逆吸附的电化学过程

用电化学循环伏安法和电化学石英晶体微天平(EQCM)技术研究了Sb在Au电极上不可逆吸附的电化学过程. 研究结果表明, 在-0.25 V到0.18 V(vs SCE)范围内, Sb可在Au电极上稳定吸附, 并且在0.15 V附近出现特征氧化还原峰. 根据EQCM实验数据, 在电位0.18 V时, Sb在Au电极上的氧化产物是Sb2O3; 同时Sb的吸附阻止了电解液中阴离子和水在Au电极上的吸附. 当电极电位超过0.20 V时, Sb2O3会被进一步氧化成Sb5+化合物, 同时逐渐从Au电极表面脱附.