F和Co共掺杂羟基磷灰石增强α-Fe2O3光阳极光电催化水氧化的性能研究

表面修饰产氧助催化剂是提高α-Fe_2O_3光电催化水氧化反应效率的重要手段.通过水热法在α-Fe_2O_3表面构筑F掺杂羟基磷灰石(F-HAP),并在此基础上通过离子交换法制备了F、Co共掺杂HAP表面修饰的α-Fe_2O_3光阳极(FCo-HAP/α-Fe_2O_3).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱、电化学阻抗谱等表征了FCo-HAP/α-Fe_2O_3结构、电化学性质和光电催化水氧化性能,并与F-HAP/α-Fe_2O_3和Co-HAP/α-Fe_2O_3等进行了对比.结果表明,F掺杂能降低α-Fe_2O_3表面HAP晶粒的尺寸,提高Co-HAP/α-Fe_2O_3的电化学活性面积,促进光生电荷向电解质转移,最终提高了α-Fe_2O_3表面的光电催化水氧化性能.     

阳极改性对微生物燃料电池处理秸秆水解物性能影响

以玉米秸秆稀酸水解液为阳极底物,用污水处理厂活性污泥为产电微生物菌源构建双室微生物燃料电池(MFC),采用三种不同方法改性阳极碳毡,并对其MFC产电性能进行研究。结果表明,以未改性碳毡(CC)、HNO_3酸解CC(HNO_3/CC)、壳聚糖改性CC(chitosan/CC)、PDADMAC/α-Fe_2O_3层层自组装改性碳毡(PDADMAC/α-Fe_2O_3/CC)的MFC的最大产电量分别为248、315、452和522 mV,最大功率密度分别为54.6、92.7、203.8和248.1 mW/m~2,COD的去除率分别为82.21%、81.46%、82.53%和86.44%。循环伏安曲线显示,PDADMAC/α-Fe_2O_3层层自组装改性的阳极碳毡具有较高的氧化还原电位。电化学阻抗谱图表明,PDADMAC/α-Fe_2O_3层层自组装改性碳毡的极化内阻最小,为7Ω。几种改性材料为阳极的MFC性能依次为PDADMAC/α-Fe_2O_3/CC壳聚糖/CCHNO_3/CC空白CC。     

α-Fe_2O_3光阳极光电化学分解水的研究进展与挑战

近年来,光电化学分解水制氢(PEC)技术为未来的能源需求提供了一个清洁、可再生的途径.赤铁矿(α-Fe_2O_3)因其带隙小(～2.1 eV)、无毒、存储量大以及光电化学稳定等优点而受到广泛关注.然而,导电性差、空穴扩散长度短(2～4 nm)、表面水氧化动力学缓慢、激发态寿命短(10×10~(-12) sec)等缺点,极大地限制了Fe_2O_3光阳极的光转换效率.我们回顾了赤铁矿光阳极用于PEC水氧化的研究进展,主要集中在促进Fe_2O_3光阳极表面的水氧化反应,体相的电荷分离和迁移以及提高光吸收能力.最后,对Fe_2O_3光阳极面临的挑战和未来的发展进行了展望.     

p/n结型α-Fe_2O_3光催化剂的光电压谱研究

自从1977年Schrauzcr在TiO_2上成功地光解水合成氨以来,人们对于半导体光催化剂进行了广泛的研究,而α-Fe_2O_3又因其对太阳能的良好吸收性能而显示了特殊的重要性。Kennedy等人分别对α-Fe_2O_3光阳极的光电性能,以及水在α-Fe_2O_3光阳极上的光分解等问题进行了研究。特別是1982年Somorjai报导在掺杂p/n结型a-Fe_2O_3体系成功地分解水制H_2以后,使α-Fe_2O_3的研究工作进入了一个新的阶     

NH_2-Fe_3O_4纳米粒子修饰电极测定水样中的微量铅和铜

采用一步法合成了氨基化四氧化三铁(NH_2-Fe_3O_4)磁性纳米材料,并以XRD,IR等手段对其进行了表征.将NH_2-Fe_3O_4组装到磁性玻碳电极表面,得了NH_2-Fe_3O_4修饰的磁玻碳电极,并以该修饰电极为工作电极,研究了其电化学性能.利用差分脉冲溶出伏安法研究了铅(Ⅱ)离子和铜(Ⅱ)离子在该修饰电极上的电化学行为.结果表明:NH_2-Fe_3O_4纳米粒子可显著提高Pb~(2+)和Cu~(2+)在电极表面的富集量,提高溶出峰电流.由于差分脉冲溶出伏安曲线中Pb~(2+)和Cu~(2+)的溶出峰电位差较大,且没有相互干扰,所以该电极可用于Pb~(2+)和Cu~(2+)的同时测定.     

α-Fe2O3空心球的简易合成及其储锂性能研究

利用葡萄糖作为模板,与Fe~(3+)溶液水热合成、高温煅烧后获得了空心球形的Fe_2O_3。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及物理吸附仪对其进行物相结构、形貌及多孔性分析。锂离子电池电化学性能测试结果表明,与立方型α-Fe_2O_3相比,空心球状的α-Fe_2O_3负极材料表现出更加优异的循环稳定性和倍率性能。在200 mA g~(-1)电流密度下首次放电比容量为1295 mAh g~(-1),首次库伦效率为81%。在500 mA g~(-1)电流密度下,空心球状α-Fe_2O_3电极首圈比容量高达1249 mAh g~(-1),首次库伦效率达到73%;循环500圈后,容量保持率为84%,库伦效率达98%以上。在1 A g~(-1)、2A g~(-1)大倍率电流密度下,放电比容量分别为1048 mAh g~(-1)、992 mAh g~(-1),容量保持率分别达到90%与85%。因此,空心结构α-Fe_2O_3负极材料不仅可以有效抑制充放电过程中电极的体积膨胀,还可以缩短锂离子的传输路径,提高电极材料的电化学性能。     

凝集素修饰的Fe_2O_3@Au纳米粒子与SW620细胞的相互作用研究

首先采用共沉淀法及交互盐酸羟胺还原法制备Fe_2O_3@Au核壳结构纳米粒子,利用凝集素修饰纳米粒子(Lectin-Fe_2O_3@Au NP),然后通过动态光散射(DLS)/聚丙烯酰胺凝胶电泳/磁滞回曲线进行表征。利用MTT法测纳米粒子的细胞毒性,将不同浓度的Lectin-Fe_2O_3@Au与结直肠癌SW620细胞相互作用,普鲁士蓝进行染色,使用紫外可见光谱法(UV-Vis)和光学显微镜进行观察。结果表明凝集素修饰的纳米粒子在细胞培养基中能够稳定存在,当纳米粒子浓度为0.72 n M时,结直肠癌SW620细胞的存活率仍高于90%,其作用强度依次为蓖麻凝集素(RCA)-Fe_2O_3@Au麦胚凝集素(WGA)-Fe_2O_3@Au伴刀豆素(Con A)-Fe_2O_3@Au,经过普鲁士蓝染色的细胞可以观察到RCA-Fe_2O_3@Au纳米粒子的存在,表明凝集素RCA具有作为修饰纳米粒子与结直肠癌SW620细胞靶向识别的潜力。     

α-Fe2O3在Y沸石上的分散

用草酸高铁铵浸渍NaY沸石, 并在高温下焙烧, 得到α-Fe_2O_3/NaY沸石体系。经XRD相定量外推法测定, α-Fe_2O_3在NaY沸石上的最大分散量为0.060 gα-Fe_2O_3/gNaY, 仅占α-Fe_2O_3在沸石表面密置单层量的5.5%。首次尝试用正电子寿命谱方法测定α-Fe_2O_3在沸石表面的最大分散量, 所得结果与XRD方法完全吻合。由程序升温还原方法发现沸石上α-Fe_2O_3的还原分两步进行, α-Fe_2O_3先还原成Fe_3O_4, 然后再还原成金属。α-Fe_2O_3分散相与沸石之间的强相互作用, 使这两个还原反应受到阻抑。     

Sn掺杂对氧空位型α-Fe_2O_3纳米颗粒光解水性能的影响

在退火前未抽真空条件下,采用滴涂法在常压氮气氛围中退火制备了含氧空位的α-Fe_2O_3纳米颗粒.通过在空气和氮气氛围中退火和向前驱体溶液直接加入SnCl_4制备的α-Fe_2O_3的方法研究了Sn掺杂对氧空位型的α-Fe_2O_3纳米颗粒光催化性能的影响.结果表明,氮气氛围中退火Sn掺杂得到的的α-Fe_2O_3在1.23V vs.RHE时的电流密度分别是氮气氛围中退火未掺杂的α-Fe_2O_3的35倍和空气氛围中退火Sn掺杂的α-Fe_2O_3的15倍,氮气氛围中退火和掺杂被证明是获得高催化性能必不可少的条件.Mott-Schottky曲线和交流阻抗谱表明,掺杂和氧空位能增大催化剂的载流子浓度的电导率.在牺牲剂溶液中测试发现,Sn掺杂导致材料的表面反应速率提高是催化剂活性的重要影响因素.     

α-Fe_2O_3的制备及α-Fe_2O_3@SiO_2复合纳米材料的吸附性能

采用不同分子结构的有机含氮化合物作为包裹剂成功制备了具有弱磁性的α-Fe_2O_3纳米颗粒,其形貌可以实现由饼状到不规则长方体及长方体的转变.构成该α-Fe_2O_3纳米颗粒的前驱体α-FeOOH呈现梭形结构,通过一锅法可以在梭形α-FeOOH外面包裹一层介孔二氧化硅,煅烧后制备的α-Fe_2O_3@SiO_2复合纳米材料对水相中的亚甲基蓝有良好的吸附效果,室温下最高去除率达97.3%.针对制备的材料进行了XRD、SEM及磁学性能表征.     

乙苯脱氢铁系催化剂的穆斯堡尔谱研究

用穆斯堡尔法对乙苯脱氢铁系催化剂在反应条件下进行了研究。结果表明,反应前催化剂中的铁主要以α-Fe_2O_3和α-FeOOH的形式存在,在反应中主要组分为Fe_3O_4。用K_2CO_3和α-Fe_2O_3在高温下加热可以生成KFeO_2,后者在室温下很不稳定,在同样条件下很容易转化为Fe_3O_4。但钾的存在可促进催化剂中Fe~(3+)还原为Fe~(2+),有利于电子的交换,对催化活性起着助催作用。     

α-Fe_2O_3 immobilized benzimidazolium tribromide as novel magnetically retrievable catalyst for one-pot synthesis of highly functionalized piperidines

Nanostructured α-Fe_2O_3 were prepared by precipitation followed by calcination method.Cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) was used as surfactant.The nano α-Fe_2O_3 was then silanized with(3-chloropropyl)-triethoxysilane(CPTES) by room temperature mixing of α-Fe_2O_3 and CPTES to produce silane coated α-Fe_2O_3(ClPr-Si@Fe_2O_3).As-synthesized ClPr-Si@Fe_2O_3 was functionalized via covalent grafting of benzimidazole to produce 3-(l-benzimidazole)Pr-Si@Fe_2O_3.This was further reacted with bromine to afford α-Fe_2O_3 immobilized benzimidazolium tribromide(α-Fe_2O_3-BIM tribromide).This ionic liquid(IL)α-Fe_2O_3 BIM tribromide was characterized by FT-IR,XRD,TEM,SEM,TGA,VSM,EDX and BET analysis.The as-synthesized IL tribromide was used as catalyst for one-pot synthesis of highly substituted piperidines.The method is greener in terms of solvent selection,recovery of the catalyst and efficiency.     

铁系催化剂中物相间作用及α—Fe2O3作用之研究

采用XRD、ESR和穆斯堡尔谱(MBS)考察了新鲜和经过丁烯还原处理的纯ZnFe_2O_4、α-FeO_3和双物相铁系催化剂的固态性质.实验发现这些丁烯氧化脱氢反应性能不同的样品,其固态性质也有较大的差异.对于双物相样品,由于物相间发生了相互作用,使其中α-Fe_2O_3和ZnFe_2O_4相的固态性质产生了不同程度的变化.与纯物相相比,双物相中α-FeO_3出现晶格畸变,ZnFe_2O_4相铁离子周围晶格氧离子的配位对称性增加,Fe~(3+)-O~(2-)键强度减弱.在无气相氧存在的反应条件下,双物相中的α-Fe_2O_3比纯α-Fe_2O_3更容易被丁烯还原.α-Fe_2O_3的作用是为氧化反应活化和传递氧离子.结合催化剂鲜品的催化反应性能,认为铁系催化剂具有双物相协同作用的机理特征.     

镍修饰WO3膜光电化学氧化水的研究

在强碱性溶液中低电压低电流条件下在W基底上经阳极氧化得到致密WO3层,而后在酸性条件下在WO3表面经光辅助电化学还原沉积镍,所获得的复合电极具有优异的光电化学氧化水的活性和稳定性.SEM,EDX,XPS和TEM等表征表明复合电极中具有体心立方结构的W基底经阳极氧化形成了具有单斜结构的WO3层,表面修饰的镍物种以Ni(OH)2形式存在.光电化学实验表明WO3层对可见光具有良好的光响应,表面修饰镍后,光电氧化水的起始电位显著降低,电极的稳定性也得以提高.     

氧化铁负载铂纳米簇催化卤代硝基苯本体氢化性质研究

复相金属催化剂中的载体效应研究具有重要意义。我们以结构不同的氧化铁载体吸附"非保护型"Pt金属纳米簇制备了具有相同Pt纳米簇的Pt/Fe_3O_4、Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3催化剂,考察了其在无溶剂条件下(本体条件)催化邻氯硝基苯(o-CNB)选择性氢化反应的性能,发现三种铂/氧化铁催化剂的催化选择性远高于商购铂/碳催化剂,Pt/γ-Fe_2O_3和Pt/α-Fe_2O_3的催化选择性明显高于Pt/Fe_3O_4,而Pt/Fe_3O_4的催化活性较Pt/α-Fe_2O_3高50%。铂/氧化铁对不同卤代硝基苯的本体选择性氢化反应表现出优良的催化性能,相应卤代苯胺产物的选择性均可达到99%以上。考察了温度、氢气压力对Pt/Fe_3O_4催化o-CNB本体氢化性能的影响。本工作为理解氧化铁负载金属纳米簇催化剂的特殊催化性质,进而发展高效金属纳米簇基催化体系提供了新的基础。     

热处理气氛对α-Fe2O3光阳极光电化学性能影响研究

分别在空气和氮气中对水热制备的薄膜进行热处理获得了纳米棒状α-Fe₂O₃光阳极。对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱和光电化学性能测试。与空气热处理获得的α-Fe₂O₃Air光阳极相比,氮气气氛热处理获得的α-Fe₂O₃光阳极正面光照电流密度显著提升达到0.42mA·cm^-2。正面光照下,α-Fe2O3N2光阳极的体内电荷分离效率ηbulk和表面电荷注入效率ηsurface都有较大增加,说明N2热处理明显增加了α-Fe₂O₃膜的载流子浓度,增强了体内载流子的传输和表面载流子注入效率。     

N-doped coaxial CNTs@a-Fe_2O_3@C nanofibers as anode material for high performance lithium ion battery

N-doped coaxial CNTs@α-Fe_2O_3@C nanofibers have been successfully synthesized according to a facile solvothermal/hydrothermal method.The obtained CNTs@α-Fe_2O_3@C nanofibers composites exhibited special three-dimensional(3-D)network structure,which endows they promising candidate for anode materials of lithium ion battery.The coaxial property of CNTs@α-Fe_2O_3@C nanofibers could significantly improve the cycling and rate performance owing to the acceleration of charge/electron transfer,improvement of conductivity,maintaining of structural integrity and inhibiting the aggregation.Theα-Fe_2O_3nanoparticles with small size and high percentage of N-doped amount could further improve the electrochemical performance.As for the CNT@α-Fe_2O_3@C nanofibers,the capacity presented a high value of1255.4 mAh/g at 0.1 C,and retained at 1213.4 mAh/g after 60 cycles.Even at high rate of 5 C,the capacity still exhibited as high as 319 mAh/g.The results indicated that the synthesized N-doped coaxial CNTs@α-Fe_2O_3@C nanofibers exhibited high cycling and rate performance.     

Au Nanowires-MWCNTs修饰电极对葡萄糖的催化氧化

通过油胺(Oleylamine)还原法制备了金纳米线(Au nanowires),将其与酸化处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)通过层层组装制备了Au nanowires-MWCNTs复合结构修饰的玻碳电极(Au nanowires-MWCNTs/GCE).电化学研究结果表明,与单纯Au nanowires或MWCNTs修饰电极相比,Au nanowires-MWCNTs/GCE对葡萄糖表现出更优良的电催化性能.以Au nanowires-MWCNTs/GCE为阳极,电沉积Pt膜电极(Pt/GCE)为阴极,构建了葡萄糖/O2燃料电池.测试结果表明,构建的燃料电池的开路电位(OCP)为0.57 V,在0.44 V下最大功率密度(Pmax)为0.28 m W/cm2.     

草酸在α-Fe_2O_3上吸附的磁性研究

α—Fe_2O_3是多种工业催化剂的主要成分,有反铁磁结构的特殊性.张和Matijevie的实验曾经发现,草酸在均匀α-Fe_2O_3胶体粒子上的吸附随温度的升高而增加,这可能暗示着草酸从物理吸附向化学吸附的过渡.考虑到磁学测量需要更为明显的表面效应,我们制备了较小的α-Fe_2O_3粒子,并测定其吸附草酸前后的磁化率变化。     

可见光辐射下富勒烯[60]–氧化铁复合催化剂的制备及光芬顿法降解有机污染物研究（英文）

采用简单的可升级的化学浸渍法,将Fe_2O_3掺杂到富勒烯[60](C_(60))上,制得C_(60)-Fe_2O_3纳米复合材料.采用了粉末X射线衍射、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜、高分辨透射电镜、紫外-可见吸收光谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱,对其进行了表征.结果发现,XPS数据中,Fe2p_(3/2)和Fe2p_(1/2)的XPS特征峰分别位于结合能710.9和724.1 eV处,对应Fe_2O_3的Fe~(3+).富勒烯颗粒均匀分散在Fe_2O_3纳米颗粒表面,Fe_2O_3纳米颗粒的平均尺寸大约为20–30 nm;Fe_2O_3对于可见光只有微弱的吸收,而制备出的C_(60)-Fe_2O_3纳米复合材料对于可见光有较强的吸收响应.本文将C_(60)-Fe_2O_3纳米复合光催化材料用于光催化降解50 mL,20mg/l MB和50 mL,10 mg/L苯酚实验.结果发现,在双氧水存在下和可见光(420 nm)辐射条件下,C_(60)-Fe_2O_3对上述有机污染物均有较好的降解效果.通过测定上述有机物的削减程度,评估了C_(60)-Fe_2O_3催化剂的光催化活性,通过改变实验条件,得到可见光/C_(60)-Fe_2O_3/双氧水体系的最佳光催化降解条件:在pH值为3.06~10.34的范围内,投加0.02 g催化剂,5 mol/L双氧水.结果表明,在最佳条件下,亚甲基蓝在80min内脱色率能达到98.9%,矿化率能达到71%.浸出实验的结果表明,C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂中的铁浸出量可以忽略不计.经过5次循环使用后,C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂仍具有较高的光催化活性.为了进一步验证C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂的应用广泛性,本文在可见光/C_(60)-Fe_2O_3/双氧水体系下,开展了降解RhB,MO和苯酚的试验,结果发现,该催化剂它们也具有高的降解效果.机理研究发现,C_(60)-Fe_2O_3复合光催化剂的高效催化能力可归因于C_(60)和Fe_2O_3的协同效应:在可见光辐射下,由于C_(60)具有独特的光敏性特征,能够接收电子并把它们转移到Fe_2O_3的Fe3d轨道,并通过一系列反应,达到Fe~(3+)/Fe~(2+)循环平衡.利用活性组分捕集实验,对光催化反应过程中的主要活性氧化剂进行了区分.结果表明,羟基自由基在整个过程中发挥了最主要的作用.