过渡金属氧化物在光电化学传感器中的应用研究进展

近年来,光电化学传感器的研究已经成为人们关注的热点。光敏材料作为光电化学传感器的关键部分,其性能对传感器的灵敏度、选择性和稳定性等特征起着决定性的作用。该文简要介绍了光电化学传感器的原理和光电材料的分类,阐述了在光电化学传感器中常见过渡金属氧化物及其复合物的光电材料的制备方法与应用,对光电化学传感器及光电化学材料的发展前景进行了展望(引用文献67篇)。     

过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试

采用H₂O₂化学预处理石墨毡,并将过渡金属氧化物CeO₂负载到石墨毡上,制备出复合石墨毡阴极材料。研究结果表明H₂O₂处理可增加石墨毡的含氧官能团,改善表面亲水性,进而提高CeO₂的负载量,XRD分析表明石墨毡表面负载的CeO₂为萤石结构。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安曲线(CV)分析表明修饰后的石墨毡电荷传输阻力变小,氧化还原电流强度显著增强,活性表面积增大8倍,线性扫描(LSV)实验表明改性石墨毡在氧还原过程中具有较大的电流密度,是未改性前的8.5倍。采用改性石墨毡作为阴极,进行电芬顿催化降解甲基橙测试,20 min脱色率达到96.8%,与未改性石墨毡相比,去除率提高133.2%,显著提高了其电催化氧化性能。     

过渡金属氧化物修饰石墨毡阴极及电催化氧化性能测试

采用H2O2化学预处理石墨毡,并将过渡金属氧化物Ce O2负载到石墨毡上,制备出复合石墨毡阴极材料。研究结果表明H2O2处理可增加石墨毡的含氧官能团,改善表面亲水性,进而提高Ce O2的负载量,XRD分析表明石墨毡表面负载的Ce O2为萤石结构。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安曲线(CV)分析表明修饰后的石墨毡电荷传输阻力变小,氧化还原电流强度显著增强,活性表面积增大8倍,线性扫描(LSV)实验表明改性石墨毡在氧还原过程中具有较大的电流密度,是未改性前的8.5倍。采用改性石墨毡作为阴极,进行电芬顿催化降解甲基橙测试,20 min脱色率达到96.8%,与未改性石墨毡相比,去除率提高133.2%,显著提高了其电催化氧化性能。     

化学功能化增强贵金属纳米晶电催化性能（英文）

基于电催化过程的可再生和清洁能源的生产、转换和储存技术(如水电解和燃料电池)是缓解全球能源短缺和环境污染问题的有效手段.目前,水电解和燃料电池技术的实际应用缺乏高效、稳定的电催化剂来驱动动力学迟缓的阴极和阳极反应.贵金属纳米晶由于其独特的电子结构和高化学惰性而具有高电催化活性和稳定性.为了提升贵金属纳米晶的本征电催化性能,大量研究聚焦在利用面积效应、晶面效应和不同组分之间的协同效应来调控贵金属的粒径、形貌和化学成分.事实上,贵金属纳米晶的电催化性能也与其表/界面性质密切相关.电催化剂表面的化学功能化可以改变电极/电解质界面结构,从而提高电催化活性和选择性,这对开发新型高效的电催化剂具有重要的理论意义.本文系统介绍了本课题组开发的聚胺(PAM)功能化贵金属纳米电催化剂的合成方法及其在燃料电池和电解池等能源转换装置中的应用,具体包括:通过引入PAM控制反应动力学来调控纳米晶体的结构和形态,构建界面功能化贵金属纳米电催化剂;利用金属表面修饰的PAM分子改变表面催化位点的电子结构、配位环境等物理化学性质来控制反应物和中间体等的吸附行为,从而达到调节催化活性的目的;采用PAM分子来隔离特定活性位...     

电催化动力学简介（英文）

电催化过程是实现社会向可再生能源与化学品转型的主要驱动力之一。电催化动力学分析是探索反应机理和建立电催化剂构效关系行之有效的方法。本文将通过三个广泛研究的电催化反应：电化学CO₂、CO还原反应和氧还原反应,探讨Tafel分析的普遍过程、隐含假设以及需要注意的问题。此外,本文将介绍电化学反应活化参数的基本概念和关键热力学、动力学变量之间的关系。     

过渡金属氧化物氧还原催化剂的研究进展

过渡金属氧化物（TMOs）是阴离子交换膜燃料电池最有前途的氧还原催化剂之一. 目前,TMOs的氧还原活性同铂基催化剂相比仍然有一定的差距,研究如何合成具有高催化活性的TMOs催化剂非常重要. 导电性和本征活性一直被认为是开发高性能TMOs催化剂的两个关键因素,本文着重总结与评述了近年来有关TMOs氧还原催化剂在导电性和本征活性方面的研究进展,尝试提出了未来提高TMOs氧还原催化活性的努力方向.     

基于层状过渡金属氧族化合物原位插层结构的研究进展

利用客体插层剂原位插层到二维层状材料, 不仅能够在原子尺度上实现对材料电子结构和本征物理性质的调控, 提高材料的载流子浓度、迁移率、磁学、光学和热学等物理性质, 而且还有望拓展其在光电子器件、能源存储与转化以及光电催化等方面的应用. 近年来, 探索合适的方法制备具有不同类型和功能的二维插层新结构已逐渐成为材料科学、物理、化学等领域的研究热点. 由于独特的电子结构和优异的性能, 二维层状过渡金属氧族化合物材料作为插层主体的插层结构受到了研究人员的广泛关注. 本文选取过渡金属氧族化合物为对象, 综述了不同种类插层剂原位插层合成方法(如碱金属插层、非碱金属原子插层、聚合物插层、有机小分子插层、还原氧化石墨烯插层), 提出了通过系列方法影响层间作用力以及利用晶体各向异性等工艺来实现新型插层结构的原位合成策略, 并展望了新型插层材料在电、磁、光、热、锂电、催化等众多领域的潜在应用前景.     

过渡金属氧化物用于Y型分子筛的孔道修饰

利用过渡金属氧化物Ｆｅ２Ｏ３和ＭｏＯ３对ＵＳＹ（超稳Ｙ型）分子筛进行了微孔修饰。采用ＸＲＤ技术和Ｎ２吸附法对改性后的分子筛样品进行了表征和分析。结果表明,Ｆｅ２Ｏ３和ＭｏＯ３在ＵＳＹ分子筛孔道中均分散良好,改性后分子筛样品的微孔比表面、孔体积和典型孔径等物理参数均发生了相应的改变,其中尤以微孔分布的改变最令人感兴趣。这方面的研究将为进一步开发具有特定孔径的择形催化剂和吸附剂提供基础。     

水热法合成过渡金属氧化物纳米材料及其在食品安全检测传感器中的应用进展

以Fe,Co,Mn,Zn等过渡金属制备的氧化物纳米材料具有制备简单、形貌可控以及电化学活性高等特点,且可以固定在电极表面,在电化学传感器的应用中显示了广阔前景。该文重点介绍了过渡金属氧化物水热合成方法的研究进展,并简要阐述了基于过渡金属氧化物纳米材料的新型电化学传感器在食品安全快速检测领域的应用进展。     

过渡金属硫化物相关电催化剂的设计与应用研究（英文）

自从国际社会提出“碳达峰、碳中和”目标以来,人们越来越意识到节约资源、保护环境、开发新能源的必要性.氢能(H₂)作为最具竞争力的清洁能源之一,引起了研究人员的广泛关注.电化学全解水被认为是一种利用风能和太阳能产生氢气的有效技术,其主要由两个半反应组成:析氧反应(OER)和析氢反应(HER).然而,在实际工业化生产过程中阳极反应动力学OER慢,能量转换效率低,阴极反应稳定性差,导致经济效益不理想,因此,急需开发和探索耐久高效的电催化剂.过渡金属硫化物因具有独特的结构特征、丰富的活性位点和可调控的电子性质和组成,而被广泛用于电化学全解水制氢.本文综述了过渡金属硫化物的合成方法,一般包括:水热(溶剂热)法、电化学沉积法、液相剥离法、化学气相沉积法和球磨法,并概述了不同方法的基本概念、合成步骤以及优缺点.总结了近年用于电催化领域中典型单一硫化物(包括MoS₂,WS₂,Co₃S₄,Ni₃S₂等)材料的合成方法和机理,明确了S元素在整个电催化过程...     

过渡金属氧化物渗透对LSM-YSZ阴极性能的影响

Transition metal (Mn, Fe, Co, Ni, Cu) oxide was formed in LSM-YSZ cathode by nitrate solution infiltration method. LSM-YSZ/YSZ/LSM-YSZ symmetric cell performance at intermediate temperature range 600～800 ℃ was studied by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). EIS test results showed that the polarization resistances of LSM-YSZ with metal oxide infiltration were much lower than that without metal oxide infiltration, 60%～80% polarization resistance decrease was reached by metal nitrate solution infiltration. The activation energy of oxygen reduction reaction derived from polarization resistance showed that the performance of LSM-YSZ with different metal oxide infiltration has different activation energy decrease, Co nitrate infiltration showed the biggest activation energy decrease. Mn, Fe and Cu nitrate solution infiltrated LSM-YSZ showed good polarization resistance decrease at the tested temperature range.     

层状过渡金属氢氧化物应用于碱性氢气析出反应（英文）

氢气因为其高质量比活性,环境友好等特点,被公认为是一种很有希望替代化石能源的可再生能源.其中,碱性条件电解水被认为是可大规模生产氢气的技术之一.但氢气析出反应在碱性条件反应速率缓慢,为提升氢气析出反应速率,因此研究者们设计和制备了大量的材料.本文归纳了有效促进碱性条件氢气析出反应速率的关键材料——层状过渡金属氢氧化物的重要研究进展.首先,基于过渡金属氢氧化物的结构,阐述了过渡金属氢氧化物与氢气析出反应活性材料间的协同催化机理.接着,以提升协同催化作用为中心,归纳了基于过渡金属氢氧化物的氢气析出反应催化剂和电极的最近研究进展,分别包含过渡金属氢氧化物和氢气析出反应活性材料的种类、结构、形貌及其相互作用.此外,本文从高活性和长寿命的催化剂和电极设计出发,归纳了最近基于过渡金属氢氧化物的催化剂和电极在水分解领域的进展.最后,本文总结和展望了电解水制氢技术的未来应用和发展中不可避免的一些问题与挑战.目前,应用于氢析出反应的过渡金属氢氧化物主要集中于镍基、钴基和铁基氢氧化物和其双金属氢氧化物,为层状水滑石结构.因为上述过渡金属氢氧化物弱的氢吸附,所以其析氢活性非常低.但是过渡金属氢氧化物对氢氧根...     

第二配位层磺酸根在电催化析氢反应中的作用（英文）

析氢反应涉及电子和质子转移过程,即PCET过程,需要较大的过电势才可以驱动析氢反应发生.因此,合成过电势低,活性高的催化剂成为研究热点.自然界中,铁铁氢化酶可以将质子高效地还原成氢气.经研究,铁铁氢化酶的结构中有一个氨基基团位于活性金属中心铁的一侧,因此可以精准、有效地将质子传递给金属铁,从而提高催化效率.受自然界启发,很多分子催化剂模拟了自然界中氢化酶的结构,在分子内引入proton-relay基团,促进了析氢过程中PCET的过程.但目前只有关于这类分子催化剂通过促进质子传输进而提高催化效率的文献报道,尚未发现有关其改变氢氢成键方式的研究.前期工作中,本课题组设计合成了卟啉镓并用于电催化质子还原的研究.利用循环伏安法对其析氢活性进行了测试,发现分别以三氟乙酸(TFA)和醋酸(HOAc)作为质子源时,催化析氢的电化学行为不同.在强酸(TFA)体系中,催化剂在经历了两电子还原后,生成的金属氢化物可以直接和质子发生反应,生成氢气.但是在弱酸(HOAc)体系中,生成的金属氢化物需要再经过一电子的还原才可以驱动整个催化反应的进行.在该工作的基础上,通过调研文献得知,在分子内引入酸基团时,可以极...     

在过渡金属催化剂上的C―C键断裂以实现生物质的升级（英文）

将当前能源生产和消费结构从过度依赖化石能源转变为高效利用可再生能源,是解决能源危机、实现碳中和的有效途径。生物质是最有前途的可再生能源之一,可以取代化石燃料以获得有价值的有机化合物。近年来,大力利用生物质能已成为一种必然趋势。用于生物质转化的传统热化学催化方法通常需要高温、高压等恶劣条件,甚至还需要外部氢或氧源。相比之下,在相对温和的条件下进行的生物质有机分子电催化转化为生产高价值化学品提供了一种绿色高效的策略。特别是,通过C―C键裂解将生物质衍生的分子转化为高价值的短链化学品至关重要。近年来,大量的研究证明过渡金属(TM)电催化剂由于其丰富的三维电子结构和独特的eg轨道增强了过渡金属-氧之间的共价键合,从而在有机物的C―C键断裂中起着至关重要的作用。此外,TM电催化剂的配位环境或电子结构会影响产物的选择性。毫无疑问,明确的反应活性位点和途径有助于深入理解催化剂结构与反应活性之间的构效关系。然而,TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子的C―C键裂解反应用于生物质升级的研究目前尚处于起步阶段,其反应机理和催化反应过程尚不清楚。因此,有必要在原子水平上系统地了解电催化剂在C―C键裂解过程中的...     

金属氧化物与现代微电子学——过渡金属前体化合物及转化为材料的化学过程

金属氧化物薄膜如HfO₂（被称为高k电介质）是现代微电子器件的关键组件,广泛用于计算机（平板电脑,笔记本电脑和台式机）、智能电话、智能电视、汽车和医疗设备中。具有大介电常数（k）的金属氧化物已经取代了介电常数小的SiO₂（k=3.9）,从而使得微电子元件进一步小型化。过渡金属化合物在化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）中被广泛用作前体,通过与O₂、H₂O或O₃的反应生成金属氧化物薄膜。微电子金属氧化物膜是纳米材料最广泛应用的一个领域。本文概观该领域的最新进展,包括我们对d⁰过渡金属配合物与O₂反应的研究。     

过渡金属氧化物对阻燃剂聚磷酸铵热分解的影响机制

过渡金属氧化物(MO)可以显著影响聚磷酸铵(APP)的热分解过程, 进而改善APP复配膨胀阻燃聚合物材料的阻燃效率。将ZnO、Fe₂O₃、TiO₂掺入到APP中, 采用热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射分析(XRD), 考察了3种MO对APP热分解行为的影响, 分析了相互作用过程中金属原子和磷原子化学结合状态的变化以及高温热分解产物的物相结构。TGA和XPS图谱分析结果表明, MO可降低APP的起始热分解温度, 并催化APP释放NH₃和H₂O, 而在热分解后期由于金属磷酸盐的形成可显著增加APP的高温残留量。3种MO催化APP热分解脱NH₃和H₂O的活性由大到小的顺序是:ZnO>Fe₂O₃>TiO₂, 而对APP凝聚相热分解P-O产物的交联能力从大到小的顺序为:Fe₂O₃>ZnO>TiO₂。XRD结果显示, ZnO在高温下与APP反应生成了Zn(PO₃)₂晶体, 而Fe₂O₃和TiO₂与APP反应分别生成了Fe₄(P₂O₇)₃和TiP₂O₇晶体。     

金属氧化物与现代微电子学:过渡金属前体化合物及转化为材料的化学过程

金属氧化物薄膜如HfO₂（被称为高k电介质）是现代微电子器件的关键组件,广泛用于计算机（平板电脑,笔记本电脑和台式机）、智能电话、智能电视、汽车和医疗设备中。具有大介电常数（k）的金属氧化物已经取代了介电常数小的SiO₂（k=3.9）,从而使得微电子元件进一步小型化。过渡金属化合物在化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）中被广泛用作前体,通过与O₂、H₂O或O₃的反应生成金属氧化物薄膜。微电子金属氧化物膜是纳米材料最广泛应用的一个领域。本文概观该领域的最新进展,包括我们对d⁰过渡金属配合物与O₂反应的研究。     

层状嵌锂多元过渡金属氧化物的研究

综述了近几年来锂离子电池正极材料层状多元过渡金属氧化物的研究进展,重点讨论了具有协同作用的Ni、Co、Mn三元复合型层状正极材料LiCoxMnyNi1-x-yO2 (0相似文献