1-甲基-3-己基咪唑碘在染料敏化太阳电池中的应用研究

利用超微铂电极和循环伏安法, 以及电化学阻抗谱研究了在1-甲基-3-己基咪唑碘(HMII)的3-甲氧基丙腈(MePN)溶液中I₃^－和I^－的氧化还原行为, 并对比了由不同浓度的I₂和HMII组成的电解质溶液对染料敏化纳米薄膜太阳电池(DSCs)光伏性能的影响. 发现以MePN为溶剂, 含1.0 mol•dm^－3 HMII, 0.12 mol•dm^－3 I₂, 0.10 mol•dm^－3 LiI和0.50 mol•dm^－3 4-叔丁基吡啶的电解质溶液, 其DSCs的短路光电流密度为14.06 mA•cm^－2, 开路电压为0.71 V, 填充因子为0.69, 光电转换效率达6.81%.     

碱金属碘化物与冠醚或穴醚的配合物中I3-和I-的氧化还原行为及其在染料敏化纳米薄膜太阳电池中的应用研究

本文利用超微铂电极和循环伏安法研究了在碱金属碘化物与冠醚或穴醚配合物的3-甲氧基丙腈(MePN)溶液中I₃^-和I^-的氧化还原行为。发现I₃^-和I^-在其中的表观扩散系数与阳离子有关，且I₃^-的表观扩散系数符合以下规律：1,2-二甲基-3-丙基咪唑阳离子(DMPI⁺)> [Na(¯¯15-C-5]⁺ > [K(¯¯18-C-6]⁺ > [Na(¯¯2.2.1-cryptand]⁺，I^-的表观扩散系数则为：[Na(¯¯2.2.1-cryptand]⁺> [Na(¯¯15-C-5]⁺ ≈[K(¯¯18-C-6]⁺> DMPI⁺。比较了由上述配合物和1,2-二甲基-3-丙基咪唑碘(DMPII)组成的染料敏化纳米薄膜太阳电池(DSC)的光伏性能，结果表明由上述配合物组成的DSC，其短路电流略高于DMPII，填充因子略低于DMPII，这与I^-和I₃^-在其中的表观扩散系数的大小是相一致的。此外，电解质溶液中的溶剂对DSC的光电转换效率也有较大影响，以MePN为溶剂，含DMPII的DSC的光电转换效率要高于[K(¯¯18-C-6]I，而以乙腈为溶剂，两者的光电转换效率并没有明显的差别。     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

酚胺型配体Cu(Ⅱ)配合物催化酯水解动力学研究

在25±0.1℃,I=0.1 mol·dm^-3 KNO₃条件下,采用pH电位滴定法,测定了新型配体,N,N′-二-(2′-羟基)苄基-乙二胺(BEDA)和N,N′-二-(2′-羟基)苄基-二乙烯基三胺(BDTA)的质子化常数以及它们与Cu(Ⅱ)离子的配位平衡常数,并进一步求得了配合物Cu-BEDA和Cu-BDTA中酚羟基的离解常数pKa值。通过分光光度法,在25±0.1℃,I=0.1 mol·dm^-3 KNO₃,pH=7～9 (50 mmol·dm^-3缓冲溶液)条件下,得到了配体的Cu(Ⅱ)配合物催化对-硝基苯酚乙酸酯(NA)水解的的催化速率常数k_NP［(mol·dm^-3)^-1·s^-1］,结果表明这类配合物可以用作金属水解酶的模拟物,由催化机理出发对实验结果进行了解释。     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

稀土高氯酸盐-谷氨酸配合物[Pr2(L-α-Glu)2(ClO4)(H2O)7](ClO4)3•4H2O的低温热容和热化学研究

合成了一种稀土高氯酸盐-谷氨酸配合物. 经TG/DTG、化学和元素分析、FTIR及与相关文献对比, 确定其组成为[Pr₂(L-α-Glu)₂(ClO₄)(H₂O)₇](ClO₄)₃•4H₂O, 纯度为99.0%以上. 利用显微熔点仪分析发现其没有熔点. 在78～370 K温区, 用精密绝热量热仪测量其低温热容, 在285～306 K温区发现一明显吸热峰, 归结为固-固相变过程. 通过相变温区三次重复热容测量, 得到相变温度T_tr、相变焓Δ_trH_m和相变熵Δ_trS_m分别为(297.158±0.280) K, (12.338±0.016) kJ•mol^－1和(41.520±0.156) J•K^－1•mol^－1. 用最小二乘法将非相变温区的热容对温度进行拟合, 得到了热容随温度变化的两个多项式方程. 用此方程进行数值积分, 得到每隔5 K的舒平热容值和相对于273.15 K的热力学函数值. 根据TG/DTG结果, 推测了该配合物的热分解机理. 依据Hess定律, 选择1 mol•dm^－3盐酸为量热溶剂, 利用等温环境溶解-反应量热计, 测定了该配合物的标准摩尔生成焓为: Δ_fH_m⁰＝－(7223.1±2.4) kJ•mol^－1.     

十六烷基二苯醚二磺酸钠表面化学性质及胶团化作用

用滴体积法通过表面张力的测定, 系统地研究了十六烷基二苯醚二磺酸钠(C₁₆-MADS)在不同温度(298.0～318.0 K)和不同NaCl浓度(0～0.50 mol•L^-1)下的表面活性. 结果表明, 温度升高使C₁₆-MADS溶液的临界胶束浓度(cmc)略有增大, 表面极限吸附量(Γ_∞)降低. cmc随NaCl浓度的增大从1.45×10^-4 mol•L^-1降至4.10×10^-5 mol•L^-1, 但最低表面张力(γ_cmc)基本不受影响. 在298.0 K与303.0 K时, NaCl浓度的增大, Γ_∞增大; 在308.0、313.0与318.0 K时, NaCl浓度的增大, 出现了Γ_∞从2.27 μmol•m^-2降低至1.41 μmol•m^-2的“反常”现象. 胶团形成自由能(ΔG_m⁰)随温度和NaCl浓度增加负值增大(－63.98～－76.20 kJ•mol^-1), 胶团的形成主要是熵驱动过程.     

CTAB对四磺酸基酞菁钴与Na2S反应的影响

研究了十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对四磺酸基酞菁钴(CoTsPc)与Na₂S反应的影响，发现在CTAB存在下CoTsPc与Na₂S更易发生氧化还原反应生成轴向配合物HSCo(I)TsPc. 讨论了CTAB对该反应的作用机理. 采用多波长、双系数法解析反应平衡混合物的紫外吸收光谱，计算了该反应生成物的组成和反应的平衡常数. 从温度对反应平衡常数影响，得到了该反应的热力学数据. 在CTAB浓度为8.36×10^-3 mol•L^-1及303 K时，反应的ΔGΘ、ΔHΘ和ΔSΘ分别为－17.28 kJ•mol^-1、84.1 kJ•mol^-1 和335 J•mol^-1•K^-1.     

新型三脚架苯甲醛苯腙醋酸根选择性比色化学传感器

本文合成了一个新的基于三脚架苯甲醛苯腙的能够选择地检测醋酸根离子的比色化学传感器1。用紫外可见吸收光谱证实了受体1在二甲基亚砜溶液中对醋酸根离子高选择的键合能力超越了其它阴离子。和其他所研究的阴离子相比,其在二甲基亚砜中紫外可见吸收光谱对具有高选择性醋酸根离子的存在显示了应答,当存在（2´10^-5mol·dm^-3）醋酸根离子时其溶液的颜色也由黄色变化到蓝色。当用其他不同的客体阴离子（F^-, Cl^-, Br^-, I^-, H₂PO₄ ^–和 OH^-）处理受体1时,仅出现了很小的紫外可见吸收光谱变化。受体1对醋酸根的结合常数 K_ass为1.69´ 10⁴。     

四种天然槲皮素-3-糖苷的合成

以芦丁为原料, 经苄基化、酸水解得到关键中间体3′,4′,7-O-三苄基槲皮素(3), 3与相应的1-溴代乙酰糖在四丁基溴化铵催化下在氯仿-0.25 mol•L^－1 K₂CO₃溶液中缩合成相应的糖苷, 脱去保护基得天然槲皮素3-糖苷类化合物 1a～1d. 其结构经IR, ¹H NMR, MS及元素分析确证.     

CTAB对H2O2氧化抗坏血酸反应动力学的影响

H₂O₂氧化抗坏血酸H₂A的反应为一复杂过程,其过程可用下面可逆连续反应来描述:HA－＋H₂O₂ A,本文用热导式热量计研究了该复杂反应在25 ℃和pH=7的磷酸缓冲溶液(离子强度μ=0.1 mol•L^－1)以及在阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在下的反应动力学, 获得了不同CTAB浓度下该复杂反应的表观动力学参数k₁、k₂和k_－1.研究结果表明,表面活性剂CTAB单体分子对反应参数k_－1影响不大, 但却能催化第一步正向反应使k₁变大,而使k₂减小; 在临界胶束浓度cmc附近k₁达到最大值,随后又降低；低浓度胶束对k_-1影响不大,而使k₂增大；高浓度胶束则使k_-1增大而使k₂减小. 低浓度CTAB胶束对的活性影响不大, 而高浓度CTAB胶束将较显著地促进的歧化过程, 减缓的氧化过程. 胶束的静电效应、疏水效应和局部浓聚效应是影响上述反应的重要因素.     

卤素离子对TiO2薄膜光致亲水性的影响

将卤化钾盐KX(X＝I、Br、Cl、F)分别引入至TiO₂溶胶中, 利用提拉法在载玻片上制得含有卤素离子的TiO₂-X薄膜样片, 通过测试样片紫外光照下水滴接触角的变化, 考察了不同浓度的KI以及不同卤素离子对TiO₂薄膜光致亲水性能的影响, 并通过测试光照后的亲水薄膜样片暗处放置不同时间后接触角的变化, 比较了含TiO₂-I和TiO₂-F薄膜样片亲水性能的持久性. 结果表明, 适量的KI有助于提高TiO2薄膜的光致亲水性, 当TiO₂溶胶中KI浓度为1.0×10^-5 mol•L^-1时, 其所制得TiO₂薄膜的光致亲水性最好, 继续增大KI浓度时, 薄膜的光致亲水性逐步下降, 当KI浓度达1.0×10^-2 mol•L^-1时, 其光致亲水性较纯TiO₂薄膜差；同时, 适量的KBr、KCl加入也有助于提高TiO₂薄膜的光致亲水性, 且随KI＞KBr＞KCl的顺序逐渐减弱, 但KF的加入降低了薄膜的光致亲水性；另外, 卤素离子的加入还有助于提高TiO₂薄膜亲水性能的持久性, 且KF＞KI. 分析认为, 卤素离子对TiO₂薄膜光致亲水性的影响与其给电子或捕获光致电子作用有关, 并提出了其作用模型, 而卤素离子与亲水基团(羟基)的氢键作用是使KX-TiO₂薄膜能够延长亲水性时间的原因.     

染料敏化纳米薄膜太阳电池电解质的优化

探讨了小面积染料敏化纳米薄膜太阳电池放大到大面积太阳电池组件时,各种电解质体系对电池性能的影响,综合优化了各种电解质的性能,同时与大面积电池(0.8cm×18cm)制作相结合,获得符合电池各种性能要求的最佳配比的电解质体系.光电转换效率可达到6.48%.     

铂铋金属间化合物催化剂的氧还原与抗甲醇氧化性能

采用氩弧熔炼后热处理方法制备了PtBi金属间化合物材料.采用循环伏安法和旋转圆盘电极进行电化学性能测试.通过在0.5 mol•L^－1 H₂SO₄＋0.25 mol•L^－1 CH₃OH溶液中对氧还原的起始电位和电流密度大小比较发现,与光滑铂电极相比,PtBi金属间化合物具有良好的氧还原催化性能和抗甲醇中毒性能.从结构方面分析了PtBi具有抗甲醇中毒性能的原因,认为是PtBi中Pt-Pt的间距大，不利于甲醇的吸附解离. X射线光电子能谱(XPS)结果表明,PtBi材料中Pt的d电子空穴增加,可能是导致PtBi电极表面氧还原电流增大的原因.     

三组Pt- Ru/C催化剂前驱体对其性能的影响

分别以三组不同的Pt和Ru化合物为前驱体, 采用热还原法制备了Pt-Ru/C催化剂, 比较不同前驱体对催化剂性能的影响；通过XRD和TEM技术对催化剂的晶体结构及微观形貌进行了分析. 结果表明以H₂PtCl₆+RuCl₃和自制(NH₄)₂PtCl₆+Ru(OH)₃为前驱体的催化剂Pt和Ru没有完全形成合金状态, 在Pt(111)和Pt(200)之间有Ru(101)存在；以Pt(NH₃)₂(NO₂)₂和自制含钌化合物为前驱体制备的催化剂未检测出Ru金属或其氧化物的衍射峰, Pt-Ru颗粒在载体上分散均匀, 粒径最小, 为3.7 nm. 利用玻碳电极测试了循环伏安、记时电流和阶跃电位曲线, 考核了上述催化剂对甲醇阳极催化氧化活性的影响；结果表明：以Pt(NH₃)₂(NO₂)₂和自制含钌化合物为前驱体制备的催化剂对甲醇的电催化氧化活性最高, 循环伏安曲线峰电流密度达11.5 mA•cm^-2.     

过氧硝酸乙酰酯分解反应的速率常数

在G3MP2B3结构优化和能量计算的基础上, 采用RRKM理论和疏松过渡态模型重新估算了过氧硝酸乙酰酯(PAN)的热分解反应PAN→CH₃C(O)OO+NO₂(R1)的反应速率常数, 得到与实验值吻合的结果.用同样的模型计算了PAN→CH₃C(O)O+NO₃(R2)的反应速率常数. 结果表明, 在相同的反应条件下, R1是主要的分解通道, R2是次要通道, R2的反应速率常数比R1的小两个数量级.     

Investigation of the iodine–poly(vinylpyrrolidone) interaction employed in the determination of biocidal iodine by colorimetric solid-phase extraction

Colorimetric solid-phase extraction (C-SPE) has been previously explored as a means to monitor the iodine-based disinfectant used in the water systems on board the space shuttle. This same disinfectant is baselined for eventual deployment in the US water recovery system planned for node 3 of the International Space Station (ISS). With C-SPE, the I₂ concentration is determined from the diffuse reflectance spectrum (DRS) of the yellow iodine–poly(vinylpyrrolidone) (PVP) complex using the Kubelka–Munk function. However, the solution chemistry of iodine is very complex and results in a variety of inorganic species (e.g., I⁻, I₂, I₃⁻, HOI) that have very different biocidal capabilities. Thus, the nature of the interaction of iodine with PVP, and more specifically, the identity of the iodine species involved in the interaction, requires more elucidation. This paper reports the findings from a series of detailed experiments conducted to elicit a more complete understanding of the iodine–PVP system employed in C-SPE. The results indicate that I₂, one of the two dominant biocidal forms of iodine, is the species responsible for the analytical signal in our C-SPE platform. These findings lay the ground work for the planned development of a multiplexed iodine determination and speciation platform for in-flight analysis of spacecraft water samples.     

Molecular iodine preconcentration and determination in aqueous samples using poly(vinylpyrrolidone) containing membranes

Membranes for preconcentration of molecular iodine were developed by two different routes: (i) UV-grafting of 1-vinyl-2-pyrrolidone in the pores of microporous poly(propylene) host membrane (grafted membrane), and (ii) physical immobilization of preformed poly(vinylpyrrolidone) (PVP) in a plasticized cellulose triacetate matrix to form the polymer inclusion membrane (PVP-PIM). The UV-grafted PVP-membrane was found to be hydrophilic (water uptake capacity = 166 wt.%), while the PVP-PIM was found to be highly hydrophobic (≈2 wt.%). PVP-PIM was found to uptake only I₂ from aqueous sample whereas I₂ and I₃⁻ were sorbed in the grafted membrane. This selectivity of PVP-PIM towards I₂ was attributed to its hydrophobicity that allows only neutral I₂ to interact with PVP in the membrane matrix. Thus, the selective preconcentration and quantitative determination of I₂ in aqueous sample was carried out using PVP-PIM. As PVP-PIM was optically transparent, the characteristic absorbance of PVP–I₂ complex (λ_max = 361 nm) could be used for quantitative determination of I₂ in the membrane. The instrumental neutron activation analysis (INAA) of the I₂-loaded PIM samples indicated that 82% could be sorbed into the PIM samples from the solution within 10 min of equilibration time. This membrane was applied to I₂ determinations in the samples of ¹³¹I radiotracer. The concentration level of iodine species in these samples were in sub-ppb level. Therefore, these samples were ideal for testing the preconcentration efficiency of the membrane towards I₂ by monitoring the radioactivity of ¹³¹I. The amounts of I₂ in the aqueous samples were standardized by conventional solvent extraction of I₂ with the chloroform for validating the preconcentration efficiency of PVP-PIM. The detection limit of I₂ in aqueous samples by INAA hyphenated with PVP-PIM was found to be 0.3 ppb for a sample size of 25 mL.