Pt电极上甲酸电催化氧化机理研究进展

本文综述了甲酸在铂电极上电催化氧化机理的实验和理论研究进展. 铂电极甲酸的电化学氧化主要有两种途径：1）间接途径,甲酸经由CO中间物氧化为最终产物CO₂,室温下该途径对总电流贡献不超过1%;2）直接途径,甲酸直接氧化生成CO₂. 作者课题组对文献中桥式吸附甲酸根是否是甲酸氧化反应直接途径的反应中间物的争论进行了详细的分析和探讨,认为桥式吸附的甲酸根不是间接途径中生成CO的前驱体,也不是甲酸直接氧化途径的中间物. 作者课题组还指出了支持甲酸根是甲酸直接氧化途径的反应中间物的推论的问题所在.     

超临界水中甲酸降解过程实验研究

在550℃~650℃,24 MPa~30 MPa,反应停留16 s~46 s的条件下,对初始浓度0.05 mol/L~0.70 mol/L的甲酸溶液在超临界水中的降解过程进行实验研究。结果表明,甲酸降解的气体产物为H2、CO2和CO,其中H2、CO2为主要产物。高温有利于甲酸降解和H2生成。温度较高(600℃)时,压力变化对甲酸降解无明显影响。在一定范围内延长反应时间可提高气体产物中H2的体积分数和碳气化率。甲酸初始浓度对甲酸降解机理有重要影响,浓度较低(0.1 mol/L)时,甲酸降解主要包含脱羧反应和脱羰反应两条反应路径,其中脱羧反应为主反应路径;浓度较高时则有许多副反应发生。碱性添加剂不利于甲酸降解生成H2。     

活性炭及甲酸催化过氧化氢氧化噻吩脱硫研究

以噻吩代表汽油中的有机硫化合物，将其溶解于正辛烷配制成反应原料，考察了活性炭对噻吩的吸附脱硫情况，研究了质量分数为30％的过氧化氢水溶液为氧化剂，在活性炭和甲酸的催化作用下，反应原料中噻吩氧化脱硫。考察了活性炭的催化性能及反应条件对其催化性能的影响。实验结果表明，30％H2O2-HCOOH-AC（活性炭）三元体系产生的过氧甲酸和羟基自由基能将模型有机硫化合物氧化，噻吩的氧化脱硫率可达到85％以上；活性炭和甲酸的催化氧化性能明显优于单纯使用甲酸催化性能。甲酸浓度、活性炭加入量、过氧化氢初始浓度及温度对噻吩硫的氧化脱除均有影响。     

草酸盐对甲醛光催化氧化降解过程促进作用的研究

采用漫反射红外光谱（DRIFTS）技术和循环伏安法对TiO2光催化剂上甲醛光催化氧化过程中催化剂表面吸附、降解行为进行了考察．研究了草酸盐对甲醛光催化氧化降解行为的影响，结果表明低浓度草酸钠的加入提高了甲醛的降解效率，这个结果归因于草酸根离子的存在能够清除吸附位上积聚的甲酸及类似中间产物．光电化学实验进一步证实了草酸钠对甲醛光催化氧化中间产物的清除作用．     

钾燃烧条件及产物组成的实验探究

从加热方法与钾块大小2个角度对钾燃烧条件与产物组成进行实验探究,认为开放体系中进行钾燃烧实验成功的关键是固体能迅速升温至钾的着火点,减少钾表面氧化膜的厚度,保留较多的金属钾。因此至少预热瓷坩埚2 min,再加入豌豆或更大的金属钾块才可观察到钾燃烧的现象。燃烧的黑色物质冷却后变为橙红色,以超氧化钾为主,燃烧产生的白烟中含有少量的碳酸钾。     

碳氫化合物的自动氧化——Ⅳ.氫氧化鈉在異丙苯氧化中的作用

1.实验证明,氢氧化钠对异丙苯过氧化氢具强分解能力,因而支持前文提出的,在氢氧化钠或异丙苯过氧化氢钠盐存在下,异丙苯氧化的初期快速吸氧是由于碱对异丙苯过氧化氢作用,产生自由基而引起反应链。 2.在氢氧化钠存在下,异丙苯氧化过程分为两个阶段。在第一阶段,快速吸氧伴以氢氧化钠的大量消耗;在第二阶段,较慢吸氧伴以很少的氢氧化钠消耗。 3.分离和鉴定氢氧化钠催化分解异丙苯过氧化氢的产物,其中含18％酸性产物,主要为苯甲酸、甲酸和碳酸。碱将这些酸变化为钠盐,从而减少异丙苯过氧化氢酸分解产物链抑制剂苯酚的生成,使氧化可继续以较高速率进行。 4.曾观察以上各酸的钠盐对异丙苯氧化过程的影响。虽然独立实验显示这些盐并不分解异丙苯过氧化氢,因而可以孰为弄丙苯过氧化氢的碱分解酸性产物,经形成钠盐后,对氧化过程并无显著作用,但在氧化实验中,这些盐确以不同程度消除或缩短誘导期和自动催化期,表现对链引发过程的影响。     

用NH4F络合还原法制备的炭载Pd催化剂对甲酸分解的催化性能和甲酸氧化的电催化性能

直接甲酸燃料电池(DFAFC)的两大问题是炭载Pd(Pd/C)催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性不好和Pd催化剂能催化甲酸分解。发现用NH4F络合还原法制备的NH4F修饰Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化活性要比Pd/C催化剂好大约20%,电催化稳定性也要稍优于Pd/C催化剂。在120 s内和30℃下,甲酸在Pd/C催化剂上分解产生38 mL气体,但在NH4F修饰Pd/C催化剂上基本上不分解,因此NH4F修饰主要能抑制Pd催化剂催化分解甲酸的能力,而且又能在一定程度上提高Pd/C催化剂对甲酸氧化的电催化性能。     

甲酸在Aucore@Ptshell/Pt电极上电催化氧化的原位SERS

用化学还原法合成了Aucore@Ptshell纳米粒子, 并用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等技术对纳米粒子进行表征; 采用电化学原位表面增强拉曼光谱(SERS)技术对甲酸的电催化氧化过程进行了研究, 成功地获得了甲酸在Aucore@Ptshell/Pt电极上解离吸附的原位SERS. 结果显示, 在开路电位时, 甲酸能在Aucore@Ptshell/Pt电极表面自发氧化, 解离生成强吸附中间体COad和弱吸附中间体HCOOad, 在电位为+0.10 V时检测到氧化产物CO2的谱峰. 研究结果表明, Aucore@Ptshell/Pt电极对甲酸的氧化具有较高的催化活性和较强的SERS效应, 甲酸在Aucore@Ptshell/Pt电极上的电催化氧化过程遵循双途径机理.     

基于钾基修饰铁矿石载氧体的煤化学链燃烧循环实验

对天然的铁矿石加以钾基修饰,在流化床上进行了煤化学链燃烧循环实验。研究了改性后的铁矿石对气体产物浓度及含碳气体体积分数影响的持续力。钾基铁矿石缩短了反应时间并明显提高了CO₂浓度;在20次循环中,钾基铁矿石能明显提高CO₂体积分数并降低CO体积分数,11次循环后,CO₂体积分数稍有减少,CO体积分数略有增加。借助于扫描电镜与电子能谱(SEM-EDX)和X射线衍射(XRD),对不同循环后的载氧体进行表征。与纯铁矿石相比,前10次循环钾基铁矿石载氧体表面严重烧结,20次循环之后烧结减轻,恢复多孔结构。结果表明,钾基铁矿石载氧体中KFe₁₁O₁₇或其衍生物对煤气化有催化作用;在20次循环中存在钾流失现象;20次循环后钾基铁矿石载氧体能完全氧化为Fe₂O₃。     

粗糙铂电极上甲酸吸附氧化的电化学原位表面增强拉曼光谱研究

采用循环伏安法和电化学原位表面增强拉曼光谱（SERS）技术研究甲酸的解离 及附与氧化行为。首次报道了甲酸吸附、解离和氧化的电化学原位SERS谱，发现甲 酸在粗糙铂电极上能自发解离吸附；首欠成功地获得了粗糙铂电极上甲酸吸附解离 的强吸附中间体CO和活性中间体COOH的表面增强拉曼光谱，同时首次检测到甲酸氧 化最终产物CO_2的拉曼光谱信号，从分子水平证实甲酸解离吸附反应的双途径机理 。     

超临界水中钾对甲醛降解过程影响的研究

为掌握生物质中钾对生物质超临界水降解过程的影响,选择生物质气化转化过程中生成的重要小分子中间产物甲醛作为研究对象,研究不同工艺条件下(反应温度400～650℃、压力23～29 MPa、停留时间4～12 s),单一钾成分(KHCO₃/K₂CO₃/KCl)或混合钾成分(KHCO₃、K₂CO₃、KCl)对甲醛超临界水降解气体产物的影响。结果表明,KHCO₃、K₂CO₃、KCl、混合钾均降低了气体产物中CO的体积分数,提高了CO₂的体积分数,但KCl的影响程度弱于其他三种钾成分。此外,由于不同钾成分均不利于气体产物中CO和H₂体积分数的提高,从而使得气体产物的热值降低。KHCO₃、K₂CO₃、KCl、混合钾均降低了H₂、CO、CO₂的产率以及气化率,其对H₂产率以及气化率的抑制程度从大到小依次为:混合钾、KHCO₃、K₂CO₃、KCl,且提高反应温度、延长反应停留时间时抑制气体生成的作用相对越明显。而当反应压力改变时,钾成分对H₂产率及气化率的影响程度变化较小。较高反应温度、较高反应压力、较长停留时间时,混合钾中各成分出现协同作用,明显抑制了气体产物的生成。     

直接甲醇燃料电池催化剂性能的影响因素

考察了温度、电位及中间产物等因素对直接甲醇燃料电池催化剂性能的影响.结果表明,温度的升高会显著促进Pt催化剂粒子的聚结.对于PtRu催化剂,Ru氧化物/水合氧化物对Pt微晶的聚结具有抑制作用.高温放电实验后,PtRu催化剂的合金化程度有所提高.高电位会加速电催化剂的降解.电极反应中间产物甲酸和甲醛对甲醇电催化氧化反应具有一定的抑制作用,其中甲醛的影响更大.     

3β-羟基雄甾-4-烯-6,17-二酮的合成

去氢表雄酮醋酸酯经过氧甲酸环氧化、高碘酸开环、IBX氧化、脱水和碱性水解等5步反应,以55%的总收率合成得到了非雄性激素芳香化酶抑制剂3β-羟基雄甾-4-烯-6,17-二酮。在环氧化反应中,利用价廉、易制备的过氧甲酸以几乎定量的收率得到了环氧化合物。使用IBX氧化邻二醇,以98.5%的收率得到氧化产物,避免了使用处理困难并且污染环境的铬试剂。     

负载型酞菁催化剂的制备及其光催化氧化苯酚

对四氨基锌酞菁进行化学改性, 引入活性基团, 通过该活性基团将酞菁以共价键的形式负载到纤维素纤维上, 制备得到一种负载型酞菁催化剂. 在可见光照射、氧气为氧化剂条件下, 该负载型锌酞菁催化剂能有效地催化氧化难生物降解的有机污染物苯酚. 实验结果表明, 在pH= 11条件下, 苯酚经6 h光催化氧化后转化率达95%以上, 通过对反应产物进行高效液相色谱(HPLC)测试得知, 其主要降解产物为甲酸、反丁烯二酸和顺丁烯二酸.     

Pd/TiC-C催化剂对甲酸氧化的电催化性能

研究了TiC和C作混合载体的Pd(Pd/TiC-C)催化剂对甲酸氧化的电催化性能。发现Pd/TiC-C催化剂对直接甲酸燃料电池(DFAFC)中甲酸氧化的电催化性能要优于Pd/C催化剂。而且,Pd/TiC-C催化剂的电催化性能与C和TiC的质量比有关,当质量比为2时,Pd/TiC-C催化剂对甲酸氧化的电催化活性和稳定性最好,甲酸在C和TiC的质量比为2的Pd/TiC-C催化剂电极上的氧化峰峰电位为0.164 V,比在Pd/C催化剂电极上负移12 mV,峰电流密度为23.08 mA/cm2,比在Pd/C催化剂电极上高约42％。     

甲酸双氧铀的红外多光子离解

本文研究了固相甲酸双氧铀[UO_2(HCOO)_2·H_2O]在TEA CO_2激光作用下的红外多光子离解。测得其中间产物为碱式甲酸双氧铀[UO_2(OH)(HCOO)·H_2O],最终的固体产物主要是八氧化三铀[U_3O_8];并提出了该反应模型。     

钾对松木热解特性影响实验研究

采用管式炉热解实验装置对浸渍K2CO3松木进行直接热解,并将松木热解气通过含钾石英砂层、含钾焦层以模拟钾对热解气体反应的影响。结果表明,松木中浸渍K后会促进热解固体焦生成,提高H2/CO比,低温下K会降低液相产率、提高气相产率,而热解温度较高时则使气体产率下降、液体产率提高。松木热解气经过含K石英砂后发生催化裂解,液体产率降低,CO、CO2和H2产量上升。松木焦也可以催化裂解焦油,使气体产物增加,H2和CO2产量提高,CO、CH4和C2产量降低。K与松木焦共同作用,不仅使焦油发生裂解而且促进更多焦参与气固反应。钾对松木热解作用是通过对松木的直接热解、对气体中间产物再反应的均相催化及对固体焦气化的非均相催化等复杂过程实现的。     

5-(4-叔丁氧基羰基哌嗪基)苯并呋喃-2-甲酸乙酯的合成

5-溴苯并呋喃-2-甲酸乙酯与4-叔丁氧基羰基哌嗪进行Buchwald-Hartwig偶联反应,若催化剂是Pd(OAc)2/BINAP,碱是Cs2CO3,则产物主要是5-(4-叔丁氧基羰基哌嗪基)苯并呋喃-2-甲酸乙酯,转化率达70%;若催化剂是Pd(dba)2/P(t-Bu)3,碱是叔丁醇钾,则产物中几乎没有5-(4-叔丁氧基羰基哌嗪基)苯并呋喃-2-甲酸乙酯.文中讨论了影响这个Buchwald-Hartwig偶联反应的因素.     

不同电催化工艺下苯酚的降解特性

比较了苯酚在电催化阳极氧化(AE)、阴阳两极协同降解(ACE)及亚铁离子存在下阴阳两极协同催化降解(FeACE)₃种工艺下的降解及产物变化.在电流0.25A下处理2h,废水中COD的去除率在AE下仅30％,在ACE下为60％,而在FeACE下高达90％.苯酚降解的中间产物主要为对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯醌、顺丁烯二酸、反丁烯二酸和草酸等.在FeACE工艺下,中间产物还有甲酸.最终产物为CO₂.FeACE不仅提高了COD的去除速率,而且还有助于有毒中间产物的迅速消除,并使有机物彻底氧化,因而在环境保护中更具有应用前景.采用水杨酸作捕获剂证实了3种电催化工艺降解有机物的羟基自由基作用机理,其进攻苯环的活性顺序为:对位>邻位>间位,根据产物变化提出了苯酚降解路径.     

Ag/Au/Pt复合催化剂的制备及其对甲酸的电催化氧化

利用化学-电化学方法制备了Ag/Au/Pt复合催化剂. 该催化剂以100 nm左右的Ag颗粒为基底, 以化学方法沉积金再电沉积铂, 这降低了贵金属Au和Pt的用量. 通过SEM, EDX和XRD对样品进行表征, 并测试对甲酸的电催化氧化性能. 研究表明, 当Pt∶Au原子数比小于1∶10时, 主要表现为直接氧化, 在较低的Pt负载量(0.71 μg/cm²)情况下, Ag/Au/Pt复合催化剂对甲酸氧化的直接氧化峰电流密度达到最大. 甲酸的电催化氧化稳定性实验表明, 当Pt载量为0.05 μg时, 相对于最大峰电流密度, 循环伏安扫描第100圈时甲酸氧化的直接氧化峰电流密度仅衰减了2.29%. 同时CO氧化剥离实验表明, 当Pt∶Au＝1∶6时, Ag/Au/Pt复合催化剂对CO氧化峰电势最负, 相对于纯Pt催化剂负移了大约0.13 V, 表明该复合催化剂具有更好的抗CO毒化能力.