用于电催化氧化甲醛的新型Ni(OH)2-X/CPE负载电极的制备

采用一种简易的方法制备了新型Ni(OH)2-X/CPE电极,并将其用于电催化氧化甲醛反应.采用扫描电镜和能量散射谱对所制Ni(OH)2-X/CPE电极进行了表征,并运用循环伏安法、电化学阻抗谱和计时电流法考察了该电极的电化学性能.结果表明,该Ni(OH)2-X/CPE电极对甲醛氧化表现出高电催化活性,这归功于X具有纳米孔结构和大的比表面积.电子传递系数和催化反应速率常数分别为0.7和6.1×104 cm3/(mol·s).该电极对甲醛氧化具有高而稳定的电催化活性,且制备重复性高,有望应用于燃料电池中.     

碱性介质中硼掺杂的α-Ni(OH)_2电催化氧化尿素（英文）

以P123(EO20PO70EO20)为模板剂,NaBH_4为碱及硼源,采用液相法合成了硼掺杂的α-Ni(OH)_2纳米花.该纳米花平均尺寸在200~500nm之间,呈多孔状.研究结果表明,该B-α-Ni(OH)_2电极具有良好的电催化作用,活性高,稳定性好,在电极上对尿酸的氧化动力学过程为扩散控制过程.与Ni(OH)_2相比,其在碱性介质中电催化氧化尿素的电流密度提高了10倍以上.B-α-Ni(OH)_2纳米花在富含尿素的废水处理、制氢和燃料电池上具有潜在的应用前景.     

Ni(OH)_2/Ni/g-C_3N_4复合材料:一种高效的析氢电催化剂（英文）

高效析氢催化剂的制备仍是目前亟待解决的重要课题。本研究采用液相浸渍原位还原法制备了Ni(OH)_2/Ni/gC_3N_4复合催化剂,并与碳纸(CP)组合作为微生物电解电池(MEC)的阴极。采用SEM、TEM、XRD、XPS和电化学分析等技术对所制备的催化剂样品的结构性质和析氢电催化性能进行了分析研究。结果表明,Ni(OH)_2/Ni/g-C_3N_4催化剂在100 A/cm~2的电流密度驱动下具有优秀的析氢过电位(1881 mV)、较低的电荷转移电阻(10.86Ω)和较低的塔费尔斜率(44.3 mV/dec),其电化学活性优于纯g-C_3N_4催化剂和CP,甚至可与Pt催化剂媲美。     

Co(OH)2/Ni(OH)2复合电极材料制备及其超级电容性质

以Co(NO_3)_2·6H_2O和Ni(NO_3)_2·6H_2O为钴源和镍源,采用溶剂热法一步合成了Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料,通过煅烧该复合材料可得到NiCo_2O_4。采用XRD、SEM、BET等对材料进行了表征,结果表明,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料是薄片组成的花状形貌,比表面积为37. 48m~2/g。电化学性能测试表明,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料比NiCo_2O_4具有更高的比电容值和容量保持率。在0. 5A/g的电流密度下,复合材料比电容值可达到1097. 8F/g,而NiCo_2O_4比电容值仅为86. 1F/g。因此,与煅烧后的NiCo_2O_4材料相比,Co(OH)_2/Ni(OH)_2复合材料具有更加优良的电化学性能,这为高性能超级电容器材料的制备提供了一个新思路。     

石墨烯氧化程度对Ni(OH)_2赝电容性能的影响(英文)

基于密度泛函理论(DFT)设计了一系列不同氧化程度的还原氧化石墨烯片(rGNOs)并研究了其表面的氧化缺陷与吸附的氢氧化镍(Ni(OH)2)之间的相互作用.结果发现,rGNOs表面的含氧基团与Ni(OH)2之间的吸附能与含氧基团的氧化程度相关.在吸附Ni(OH)2后,rGNOs的原子间距和电荷分布的变化也都受rGNOs表面的含氧缺陷的氧化程度影响.理论计算的结果与实验观察的结果一致并能给出合理的解释.我们用简单的恒电位电化学沉积法有效地在rGNOs表面制备了粒径只有5 nm的Ni(OH)2纳米粒子.在Ni(OH)2/rGNOs制备过程中,氧化石墨烯的电化学还原是关键步骤.Ni(OH)2上吸附的Ni(OH)2因具有更高的吸附能而使其与在镍膜表面直接吸附的Ni(OH)2(在5 mV·s-1下比电容为656 F·g-1)相比具有更高的比电容值(在5 mV·s-1下为1591 F·g-1).rGNOs在吸附Ni(OH)2后构型和电荷分布的变化导致Ni(OH)2具有更低的等效串联电阻和更佳的频率响应.Ni(OH)2/rGNOs优异的赝电容特性表明其有潜力成为新型赝电容器材料.     

三维Ni(OH)2/Ni@N掺杂还原氧化石墨烯复合电极的制备及电催化析氢性能

采用脱合金结合两步水热法将3D Ni （OH）₂/Ni与N掺杂还原氧化石墨烯（rGO）结合,成功制备出3D花状Ni （OH）₂/Ni@NG复合电极。通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征其物相、价态分布及微观结构。在1 mol·L^-1 KOH溶液中测试其电催化析氢反应（HER）性能。结果表明：Ni （OH）₂/Ni的3D结构增加了电极的活性面积,与N掺杂rGO复合显著提高了电子/离子的传输速率,其过电位为108 mV （η₁₀）,Tafel斜率为114.9 mV·dec^-1,表现出良好的HER催化活性。1 000圈循环伏安法及计时电位法测试表明,Ni （OH）₂/Ni@NG电极均表现出良好的稳定性。     

Pt/PAn/Ti电极的制备及对甲醛的电催化氧化

通过循环伏安的电化学方法在金属钛基体上先后进行苯胺的聚合和金属铂的电化学沉积,得到以金属钛为基体的聚苯胺载铂电极(Pt/PAn/Ti),并通过扫描电镜和循环伏安法对该电极进行了表征。通过研究甲醛在该电极上的电催化氧化行为,考察了载铂量对甲醛氧化效果的影响及PAn在电催化氧化甲醛的过程中所起的作用。结果表明,载铂量与甲醛的氧化有一定的关系,PAn的存在使得铂微粒分散程度更好,有效面积更大,与相同铂沉积量的Pt/Ti电极相比,甲醛在其上的正向扫描氧化峰电流密度增加了2.3倍,电位负移了40mV;反向扫描氧化峰电流密度增加了5倍,电位负移了30mV。同时,PAn的存在也增强了电极的抗中毒能力。     

掺杂Ni(OH)_2的质子扩散系数

利用粉末微电极恒电位阶跃法 ,研究了掺杂元素对球形 Ni(OH) 2 阳极过程和阴极过程质子扩散系数的影响 .结果表明 ,与纯 Ni(OH) 2 相比 ,掺 Co、Co Zn、Ca后镍微电极的阳极过程质子扩散系数稍有增大 ,掺 Zn、Fe、Mg后则有所降低 ,而掺杂 Co、Ca后的阴极过程质子扩散系数增大约 1倍 ,掺杂 Fe、Mg后则减少约 3/4倍 ;掺 Cd对阳极和阴极过程的质子扩散系数影响均不大 .尽管掺杂元素对扩散层厚度的影响不大 ,但阴极过程扩散系数比阳极过程小约 2个数量级 ,将是影响阴、阳极电极电化学过程的重要因素 .     

Co(OH)_2和Ni粉对氢氧化镍电极性能的影响

采用三角波电位扫描、X射线衍射及恒流充放电曲线法研究了在氢氧化镍电极中添加Co( OH) 2 和 Ni粉后对电极性能的影响 .结果表明 ,氢氧化镍电极中加入质量分数为 8% Co( OH) 2和 13% Ni粉时 ,电极的放电容量最高 ,电极在充放电循环过程中的膨胀最小 .     

Ni(OH)_2电极材料的XRD和Raman光谱表征

用 XRD和 Raman光谱等方法对几种典型球形 Ni( OH) 2 电极材料进行了表征 ,并分析了材料的表观形貌、掺杂元素和微观结构等对其充放电性能的影响 .结果表明 ,有较好填充性和充放电性能 Ni( OH) 2 电极材料所具有的特征为 ,颗粒的球形好且结晶完好 ,晶粒较小 ,较大的晶格参数 c,并在 51 0和 3596cm- 1 处可以生成 Raman光谱峰 ;而 XRD和 Raman光谱方法则是评价 Ni( OH) 2 电极材料性能的有效手段 .     

以方沸石负载Ni(Ⅱ)催化剂修饰的电极电氧化甲醇(英文)

There is a high overvoltage in the oxidation of methanol in fuel cells,and so modified electrodes are used to decrease it.A modified electrode that used Ni(II) loaded analcime zeolite to catalyze the electrooxidation of methanol in alkaline solution was proposed.Analcime zeolite was synthesized by hydrothermal synthesis,and Ni(II) ions were incorporated into the analcime structure,which was then mixed with carbon paste to prepare modified electrode.The electrocatalytic oxidation of methanol on the surface of the modified electrode in alkaline solution was investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry.The effects of the scan rate of the potential,concentration of methanol,and amount of zeolite were investigated.The rate constant for the catalytic reaction of methanol was 6 × 103 cm3 mol-1 s-1 from measurements using chronoamperometry.The proposed electrode significantly improved the electron transfer rate and decreased the overpotential for methanol oxidation.     

Au/PAni/GC电极的制备及对甲醛的电催化氧化研究

应用循环伏安、恒电位阶跃等方法研究了在苯胺修饰的玻碳电极（PAni/GC） 表面金颗粒的电化学沉积及不同的制备方法对甲醛氧化电催化活性的影响。研究表 明,在PAni/GC电极表面,金的电沉积在初始阶段遵循扩散控制瞬时成核三维成长 模式。在碱性介质中,电解沉积法制备的电极比循环伏安法制备的电极对甲醛的催 化氧化有更高的催化电流。但是,在循环伏安法制备的电极上甲醛的氧化可以在很 负的电极电位下发生。     

新型Ti/TiO_xH_y/Sb-SnO_2电极上苯胺电化学氧化反应（英文）

苯胺是一种重要的化工原料,广泛应用于印染、制药、造纸、橡胶等领域.随着化工行业的迅速发展,苯胺的需求量越来越大.然而,苯胺毒性高,大量使用势必造成水体中苯胺浓度的升高,给人类健康及生态环境造成危害.因此,急需一种高效、洁净、经济的方法处理含苯胺废水.电化学氧化法比较新颖,相比传统废水处理方法,它具有高效、简单、清洁等优点,因此被应用于很多废水处理当中,但过多的能耗限制了其进一步广泛应用.阳极作为电化学氧化技术的核心部件,直接影响到电化学氧化反应性能.因此开发出一种高效、经济的阳极材料很有必要.此外,对苯胺降解条件的优化也同样重要.关于苯胺电化学氧化,已有的研究包括Pt电极、PbO_2电极和石墨电极等阳极材料.比较而言,Ti/Sb-SnO_2电极具有制备工艺简单,析氧过电位较高,材料廉价和电催化性能较强等优点.然而,它的稳定性仍有待提高.因此本文制备了一种高稳定性的Ti/TiO_xH_y/Sb-SnO_2电极,并用于处理苯胺废水.较为系统地研究了电流密度、苯胺初始浓度、pH、NaCl投加量及反应器类型对苯胺电催化氧化性能的影响,同时采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学测试对该电极进行了表征,并应用紫外-可见光谱、化学需氧量、电流效率及能耗对不同参数进行评定和优化.SEM及XRD结果表明,Ti/TiO_xH_y/Sb-SnO_2电极涂层覆盖比较完全、紧实,未出现裂缝的发生,因而有利于提高电极稳定性.循环伏安测试结果表明,此电极具备较高的析氧过电位(2.0 V vs Ag/AgCl)及电化学孔隙度(76.31%),因此有利于电极催化性能的提高.苯胺电化学氧化实验结果发现,该反应符合准一级动力学模型,且高电流密度、酸性环境、适当NaCl投加量(0.2 wt%)更有利于苯胺的降解.另外,Ti/TiO_xH_y/Sb-SnO_2电极在三维反应器中对苯胺的处理效果要远远好于在二维反应器中.可以看出,Ti/TiO_xH_y/Sb-SnO_2电极具有较好的处理苯胺性能,可为苯胺废水处理的应用提供了一定的理论指导.     

泡沫铜负载硫化亚铜电极高效电催化还原二氧化碳制备甲酸（英文）

电催化还原二氧化碳制备甲酸是备受关注的热点问题。而电极材料是决定还原效率的重要因素。本文通过电沉积方法在泡沫铜上直接制备纳米结构硫化亚铜薄膜,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其结构性能进行了系统研究。以硫化亚铜作为阴极电催化材料、0.5 mol·L~(–1) 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液为电解液,在该体系中可高效催化转化二氧化碳为甲酸。结果表明,这一电解体系可有效实现电化学反应,甲酸的法拉第效率(FEHCOOH)可以达到85%,同时甲酸还原电流密度可达到5.3 mA·cm~(–2)。     

金属磷化物(NiCo)_2P/NF自支撑电极制备及其电催化研究

利用廉价的过渡金属作为催化剂催化水分解产氢和产氧是解决能源危机的重要途径.我们制备了一种中空过渡金属磷化物自支撑电极材料(NiCo)_2P/NF,该电极材料采用生长在泡沫镍上的类普鲁士蓝Ni_3[Co(CN)_6]_2作为前体,低温磷化后获得.该电极材料显示出高效的电催化水分解产氢和产氧能力,在1 mol/L氢氧化钾溶液中,达到10 mA/cm~2时,产氢和产氧过电位分别为159和210 mV,同时,将其组装成全解水装置后,仅需1.61 V电压即可达到10 mA/cm~2时,其全解水性能超过贵金属Pt/C-IrO_2(1.64 V),这使得该自支撑双金属磷化物电极有望替代贵金属用作电催化全解水催化剂.     

八面体四氧化三铁亚微米晶负载铂催化剂用于室温催化氧化甲醛（英文）

空气中低浓度甲醛的治理和消除一直备受关注.在较低的反应温度下将甲醛转化为CO_2和H_2O的催化氧化法具有能耗低、效率高和环境友好等优点,被认为是一种最具应用发展前景的甲醛消除技术.在各种催化剂体系中,一些铁基氧化物(Fe_2O_3,FFe_3O_4或ferrihydrite)负载的Pt催化剂表现出较为优异的催化性能,能够在室温下实现甲醛的完全氧化.越来越多的研究表明,载体材料的结构及形貌是影响贵金属催化剂性能的主要因素.因此,深入研究Pt物种在不同类型铁基氧化物表面的分散情况及界面间相互作用,对理解催化剂活性中心的性质,设计制备性能更加优异的负载型贵金属催化剂具有重要科学意义.本文采用共沉淀法一步合成出八面体Fe_3O_4亚微米晶负载Pt催化剂(Pt/Fe_3O_4),考察了不同热处理温度对催化剂催化甲醛氧化反应性能的影响.结果表明,在80°C下热处理的催化剂(Pt/Fe_3O_4-80)具有很高的催化活性,在室温下甲醛的转化率可接近100%.随着催化剂热处理温度的升高,催化剂活性有所降低.此外,Pt/Fe_3O_4催化剂还表现出良好的稳定性,经长时间存放或连续运行后催化剂的活性基本保持不变.此外,在一定湿度范围内(RH=30%–80%),水的存在能够显著提高Pt/Fe_3O_4催化剂的甲醛催化氧化性能.采用各种表征技术对Pt/Fe_3O_4的结构、形貌、价态及氧化还原性等物理化学性质进行了研究.结果表明:采用该合成方法能够得到粒径较为均一、具有尖晶石结构和八面体形貌的Fe_3O_4亚微米晶,尺寸较小的Pt纳米粒子(平均2.5 nm)均匀分布在八面体Fe_3O_4晶体的表面,且Fe_3O_4载体表面还存在一定量的羟基物种.随着热处理温度的升高,催化剂表面的Pt物种和Fe物种的价态均发生明显变化.结果证实,Pt纳米粒子与Fe_3O_4载体间的相互作用力会随着热处理温度的升高而发生明显变化.对于性能较为优异的Pt/Fe_3O_4-80催化剂,Pt纳米粒子与Fe_3O_4载体之间存在着强度适宜的相互作用,能够产生相对较多的Pt-O-Fe Ox和Pt-OH-Fe Ox界面活性位,从而使其能够在较低的反应温度下表现出较强的活化分子氧的能力.此外,反应体系中引入的水分子能够与氧分子在界面活性位上共同活化,形成表面活性-OH物种,从而有效促进催化剂反应性能的提升.     

超微Ni(OH)_2纳米粒子的合成及其对Li~+的超高吸附性能（英文）

在葡萄糖水溶液中合成得到平均粒径为5 nm的α-Ni(OH)_2超微纳米粒子。研究结果发现,在水溶液中葡萄糖浓度能够控制α-Ni(OH)_2纳米粒子粒径的大小,我们对其中的原理进行了剖析。当没有葡萄糖存在时,合成得到的Ni(OH)_2晶型为β型,且颗粒粒径尺寸分布为微米级别。另外,研究发现α-Ni(OH)_2超微纳米粒子室温下对中性水溶液中Li~+具有较强的吸附性能,且这种吸附性能随粒径的减小而剧烈增大;粒径为5 nm的α-Ni(OH)_2粒子对Li~+的最大吸附量为214 mg·g~(-1)(远大于文献报道的有关吸附剂对Li~+的吸附容量),而粒径为1μm的β-Ni(OH)_2在相同条件下对Li~+的最大吸附量低于30 mg·g~(-1)。计算分析表明,Li~+在α-Ni(OH)_2纳米粒子表面吸附满足Freundlich方程,符合层层吸附模型。     

La(OH)_3纳米片修饰玻碳电极对鸟嘌呤和腺嘌呤的电催化氧化

以La(OH)3纳米片为修饰剂,制备了基于La(OH)3纳米片修饰玻碳电极(LNP/GCE)。采用循环伏安(CV)法研究了鸟嘌呤(G)和腺嘌呤(A)在该修饰电极上的电化学行为。实验结果表明,在HAc-NaAc缓冲溶液中,该修饰电极对G和A都表现出了良好的电催化性能。在最佳条件下,用差分脉冲伏安(DPV)法对G和A进行了测定,其氧化峰电流与G和A的浓度在0.1~10μmol/L范围内呈良好的线性关系,检测限(S/N=3)分别为0.01μmol/L和0.03μmol/L。将该修饰电极用于DNA中A和G的同时测定,获得较好结果。     

Ni(OH)2修饰的三聚氰胺泡沫用于可压缩超级电容器电极

通过化学镀和电化学镀的方法制备了一种Ni(OH)₂电化学活性材料修饰三聚氰胺泡沫(MF)可压缩骨架的超级电容器电极材料MF/Ni(OH)₂。MF/Ni(OH)₂可压缩电极材料表现出最佳的电容性能,例如循环稳定性(即使在40 mA/cm^-3的电流密度下经过2000次充放电循环后,可压缩电极仍能保持90.63%的初始电容)和可压缩稳定性(即使在压缩率为50%时,仍具有97.88%的电容保持率)。层状可压缩超级电容器由MF/Ni(OH)₂弹性材料作为阳极,镍/碳(Ni/C)为阴极以及实验室中常用的滤纸作隔膜材料组成。这种超级电容器装置在不同的压缩下表现出良好的电化学性能和优异的压缩稳定性。最后,使用可压缩的超级电容器来点亮LED灯,以展示其在柔性电子设备中的应用。这些优化的电化学和机械性能表明MF/Ni(OH)₂可作为可压缩超级电容器的应用中的候选电极。