固体氧化物电解池直接电解CO2的研究进展

固体氧化物电解池是一种高效、环境友好型的能量转换器件,可以直接将电能转化为化学能. 本文介绍了近年来作者课题组在固体氧化物电解池直接用于CO₂还原的研究进展,并以阴极材料为主着重讨论了金属陶瓷电极和混合导电型钙钛矿氧化物电极的研究工作,最后展望了未来固体氧化物电解池直接电解CO₂的研究思路和方向.     

新式夹心型光透薄层光谱电化学电解池

本文设计了一种新式夹心型光透薄层紫外-可见光谱电化学池。该池采用铂网工作电极,两侧平行放置铂片为对极置于同一石英窗口夹层中,同时以聚四氟乙烯隔离膜作为边际限制器,结合池内小孔道设置内参比点进行精确的电位控制,具有理想的光谱电化学响应。利用循环伏安、循环电位-吸收、恒电位现场光谱、双电位跃-计时电量、双电位跃-计时吸收等技术,对铁氰化钾在氯化钾溶液中的行为进行了表征。     

固态氧化物电解池中碳-分子电化学转化为可再生燃料

近年来,随着社会环保意识的迅速提高以及对可再生能源利用能力的大幅增强,以燃料电池和电解池为代表的电化学技术已经逐渐在能源的存储、转化和利用方面发挥着不可或缺的独特作用.其中,固态氧化物电解池经过多年的发展,在装置成本和工作效率上取得了长足的进步,在储能转化方面具有重要的潜力.与此同时,伴随着《巴黎协定》签订以来各国的“碳中和”路线图逐渐出台,利用相对廉价易得的可再生电能,将二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)等碳-(C1)分子电解转化为高附加值的可再生燃料(如水煤气、乙烯等),对于碳中和目标的实现具有重要的意义.因此,C1分子电化学转化的研究成为了当下重点关注的研究领域,许多重要的研究成果和技术进步在过去几年中不断涌现.固态氧化物电解池作为一种代表性的C1分子电解和转化平台,也日渐引起相关领域研究人员的关注和兴趣.与传统的C1分子催化转化方法相比,基于固态氧化物电解池的电解转化技术具有两个重要优点:高能量转换效率与体系抗中毒能力.这两个特性作为体系稳健性的基石,保障了C1分子转化为可再生燃料的反应过程的长期可持续性.本文首先简要回顾了固态氧化物电解池的前沿技术与发展,并从电解池系统分类、反应体系的特征和反应体系发展的前景与挑战这三个方面,简要介绍了近年来基于固态氧化物电解池体系的C1分子电化学转化的代表性工作.CO₂与CH₄作为廉价易得的C1分子的代表,其转化因其反应分子惰性及反应过程不可控性而广受研究者关注,本文重点关注了在固态氧化物电解池中CO₂,CO₂/H₂O和CH₄三个体系的电化学反应过程和近期研究进展,希望可为相关研究人员未来设计更合适的催化剂和构建更优的电解池结构提供有益的参考.本文还针对目前固态氧化物电解池体系在C1分子转化领域所面临的挑战,提出了未来的一些可能的研究方向,以期助力研究者在不远的将来实现C1分子电解生产可再生燃料的实用化.     

基于硅基硼掺金刚石电极的电化学-原位核磁共振波谱电解池的设计、制备与可行性研究

电化学与核磁共振波谱联用技术（EC-NMR）可以实时监测电化学反应过程,从分子水平阐释反应机理,是一种非常有前景的无损在线检测技术。本文首次报道以硅基硼掺金刚石（Si/BDD）作为工作电极的原位EC-NMR三电极单室电解池的设计和制作。研究表明,由于尺寸12.5 mm × 1.2 mm × 0.5 mm的Si/BDD电极在核磁检测区的体积较小且电极材料厚度较薄,因此该电极对射频场的阻碍较小,对磁场均匀性破坏也相应较小。运用自制的EC-NMR电解池并以经典的对苯二酚（QH ₂）电氧化生成对苯二醌（Q）作为模型体系,原位研究了该电化学反应的整个动态过程。在1.2 V恒电位下电解0.1 mol·L^-1 QH₂ 64分钟,监测到位于6.83 ppm处的Q特征峰逐渐生成,反应过程中核磁谱峰未发生裂分或明显的展宽。结果表明,应用本文所设计并制备的原位EC-NMR电解池,可有效对电化学反应物和产物进行定性、定量分析,将可在后续的电化学原位核磁波谱研究中发挥重要作用。     

氧化还原可逆Nb2TiO7复合阴极电解池高温水蒸气电解研究

系统地研究Nb₂TiO₇与Nb_1.33Ti_0.67O₄材料相互转变的氧化还原循环可逆性能,同时研究Nb2TiO7和Nb_1.33Ti_0.67O₄样品随温度和氧分压变化的电导率,并与复合电极对称电池和电解池的电化学性能相关联. 在830 oC下,对Nb_1.33Ti_0.67O₄复合电极电解池进行水蒸气的电解研究测试. 电流电压曲线和电解池短期性能测试表明在低电压下主要为电极的还原和活化过程;而在高电压下主要为水蒸气的电解. 当3%H₂O/Ar/4%H_{2气体通入阴极时电解池水蒸气电解的法拉第效率为98.9%;而当通入气体转换为3%H2O/Ar时效率为89%.}     

膜电极构型CO2还原电解单池的稳定性研究

电化学还原CO₂可实现CO₂的资源化转化,是缓解因其过度排放所导致诸多环境问题的关键技术. 本文提出了一种膜电极（membrane electrode assembly,MEA）构型CO₂还原电解单池的结构设计,可同步实现气体扩散阴极两侧CO₂的供给与电解质液层的更新. 基于该MEA构型电解池,实验考察了电解质液层中KHCO₃浓度和更新与否对氮掺杂石墨烯锚定的Ni电极表面CO₂电还原制备CO的反应活性、产物分布与稳定性的影响. 结果表明,若电流密度低于5 mA·cm^-2,KHCO₃浓度显著影响电解电势而非产物分布. CO₂还原电解单池在稳定运行中存在着“可逆”与“不可逆”两种衰减模式. 其中,阴极/电解质界面处催化剂的流失是 “不可逆”衰减形成的原因;而电解质液层中KHCO₃溶液的流失导致了MEA构型CO₂还原单池的“可逆”衰减,周期性更新KHCO₃电解质是降低其“可逆”衰减的有效方法.     

iR降近于零的长光程薄层光谱电化学池的设计

ｉＲ降近于零的长光程薄层光谱电化学池的设计庞代文，王宗礼，张敏（武汉大学化学系，４３００７２）光谱电化学方法是光谱方法与电化学方法的有机结合，已成为将电化学研究层次提高到分子水平的强有力的手段。实现此方法的前提是先设计出简单方便的电化学接口，即光谱电...     

电化学氢化物发生-原子荧光法测定环境样品中的Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)

设计了一种新的电化学氢化物发生装置, 用于测定不同价态的硒. 通过对传统的平板电解池的改进, 设计了全新的圆盘电解池并采用螺纹密封的方式, 极大地缩短了电解池的装配时间, 提高了电解池的使用寿命和密封性能. 结合热水浴在线还原技术, 将 Se(Ⅵ)在高浓度HCl介质中120 s内还原成Se(Ⅳ), 通过电化学氢化物发生技术生成氢化物, 成功的进行硒的在线价态分析. 对各种实验参数进行了详细的研究, Se(Ⅳ) 和Se(Ⅵ)的相对标准偏差分别为2.6% 和 3.1% (n=11);Se(Ⅳ)和总硒的检出限分别为0.32和0.27 μg/L (3σ).