Au,Pb对Cr^3＋／Cr^2＋氧化还原反应催化性能的XPS研究

本文研究玻碳电极(GCE)表面Cr~(3+)/Cr~(2+)氧化还原反应产物和沉积的Au、Pb催化剂的价态以及它们对Cr~(3+)/Cr~(2+)反应的催化作用。XPS研究结果表明,Cr~(3+)/Cr~(2+)氧化还原反应产物无Cr~0或其它价态的化合物生成。Au、Pb作为催化剂以金属零价形式沉积在GCE表面。随Au、Pb光电子峰强度的变化,它们对Cr~(3+)/Cr~(2+)氧化还原反应呈现不同的催化作用。     

乙醇蒸气预处理Cr基催化剂对丙烷脱氢性能的影响（英文）

丙烯是仅次于乙烯的重要有机化工基础原料,广泛应用于生产聚丙烯、丙烯醛、丙烯酸、甘油、异丙醇、聚丙烯氰、丁辛醇等化工产品.近年来,随着市场经济的发展,丙烯下游产品的需求量迅速上涨,极大地促进了全球对丙烯的需求.负载型氧化基催化剂因其良好的催化性能和低廉的生产成本而被广泛应用于低碳烷烃脱氢反应中,Catofin,Linde及FBD工艺使用的就是Cr_2O_3/γ-Al_2O_3催化剂.丙烷脱氢过程中,担载型氧化铬催化剂Cr物种的价态、配位结构及与载体之间的相互作用会影响其催化性能.催化反应过程中,丙烷分子吸附在Cr-O上进行活化反应,因而研究清楚催化剂的活性物种是非常重要的.综合文献,一部分研究者认为Cr~(6+)为反应的活性中心,在反应初期与丙烷接触立即被还原为活性比较弱的Cr~(3+).随着原位表征技术的发展,一些研究者认为,八面体配位结构的Cr~(3+)物种为催化反应的活性中心,四面体配位结构的Cr~(6+)仅仅是Cr~(3+)活性物种的前驱体,而且Cr~(6+)并没有被发现具有催化活性.但何种Cr物种是脱氢活性中心,至今仍没有一致结论,这是值得继续关注和解决的问题.同时,浸渍法制备催化剂的过程中,金属前驱体、浸渍溶剂、干燥时间、干燥温度及焙烧时间和温度等因素会影响所制备催化剂的催化活性.我们采用等体积浸渍法制备催化剂,并用饱和乙醇蒸气对其进行预处理,以丙烷脱氢为探针反应研究了预处理对催化剂脱氢反应性能的影响,采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、程序升温还原(H_2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等表征手段,揭示催化反应的活性中心及反应机理.在无氧脱氢反应中,经过乙醇蒸气预处理的催化剂CrH-Et催化活性稍高于原始催化剂CrH.在二氧化碳参与的反应中,催化剂CrH-Et催化活性远远高于CrH.当C_3H_8:CO_2:He=1:5:4时达到最佳效果,CrH-Et的丙烷转化率为41.4%,丙烯选择性为84.8%,同样条件下CrH的催化活性和丙烯选择性分别为28.0%和85.9%.但是乙醇作为浸渍溶剂,对催化剂并没有促进作用.XRD和TEM结果表明,Cr均匀分散在载体表面,Cr粒子簇的大小并不影响催化剂的催化活性.H_2-TPR,XPS和UV-Vis结果说明,经过乙醇蒸气预处理后催化剂中的Cr~(6+)被还原成低价Cr,因而可以证明Cr~(6+)不是催化剂的活性中心.Cr~(3+)作为活性中心而存在,Cr~(6+)仅作为活性组分的前驱体而存在.而在反应过程中,Cr~(3+)容易被反应中生成的H_2还原成非活性组分.相对于催化剂CrH,经过乙醇蒸气预处理的催化剂(CrH-Et)上部分还原后的低价Cr更容易被CO_2重新氧化成Cr~(6+).即在反应过程中,CrH-Et能保持相对CrH更多的活性组分,因而保持更高的催化活性.     

全钒氧化还原液流电池碳素类电极的活化

近年来,全钒氧化还原液流电池(VRFB)作为一种新型的储能电池备受关注,作为VRFB的核心材料,电极的活化一直都是研究的热点。碳素类材料,如碳毡和石墨毡,以其低成本和高性能被广泛用作钒电池电极。通过活化处理增加碳素类电极表面的含氧、含氮官能团或引入各种催化剂可以显著提高V(Ⅴ)/V(Ⅳ)和V(Ⅲ)/V(Ⅱ)电对氧化还原反应的电化学活性和可逆性,进而提高VRFB的总体性能,最终促进VRFB的商业化进程。本文综述了VRFB碳素类电极的氧化活化法、掺杂活化法和碳纳米催化剂活化法等几种常用活化方法的研究进展,并对VRFB碳素类电极的进一步研究和应用前景进行了展望。     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰：Ⅰ.表面的氧化,还原处理对碳…

通过各种氧化／还原体系对碳材料进行表面氧化，还原处理，研究了碳材料表面的痕量有机含氧官能团对以碳材料作为锂离子电池负极的电池性能的影响。结果表明，碳材料表面大量有机含氧官能团的存在将引起电池性能的严重恶化；相应地如对电极表面进行一定的还原处理，以减少碳表面有机官能团的含量及其氧化程度则可提高电极的容量及首次循环效率。     

碳毡电极的表面改性——Ⅱ.碳毡表面HNO_3化学改性对电极性能影响

对碳毡表面HNO_3化学改性引起电极性能的变化进行较详细研究。物理分析数据表明,由于HNO_3氧化处理,碳毡表面亲水性含氧官能团含量增加及HNO_3分子易嵌入并吸引高温碳毡石墨层状结构中的电子使空穴增多,电极表面浸润性和导电性明显提高。碳毡比表面也因HNO_3腐蚀作用有所增加。另外,循环伏安分析结果指出,在表面改性电极上Cr~(3+)/Cr~(2+)及Fe~(3+)/Fe~(2+)反应电化学活性增强,不仅峰值电流I_(pa)、I_(pa)随HNO_3氧化时间增长明显加大,而且峰电位差△Ep(=E_(pa)-E_(pc))变小,反应更趋可逆。还因为催化剂Pb沉积量增加而提高了其催化活性,经HNO_3氧化处理后的碳毡表面更利于Cr~(3+)/Cr_(2+)反应进行,其I_(pa)、I_(pc)值的增加明显高于Fe~(3+)/Fe~(2+)反应。     

锂离子电池负极碳材料的表面改性与修饰Ⅰ．表面的氧化、还原处理对碳材料电极性能的影响

通过各种氧化／还原体系对碳材料进行表面氧化、还原处理,研究了碳材料表面的痕量有机含氧官能团对以碳材料作为锂离子电池负极的电池性能的影响．结果表明,碳材料表面大量有机含氧官能团的存在将引起电池性能的严重恶化;相应地如对电极表面进行一定的还原处理、以减少碳表面有机官能团的含量及其氧化程度则可提高电极（碳材料）的容量及首次循环效率．文中还结合碳材料表面有机官能团对电解液溶剂的分解反应以及碳电极表面钝化膜形成的影响进行了解释．     

聚合物热裂解碳材料结构对电化学性能的影响

近年来 ,对各种碳材料如天然石墨、焦炭、碳纤维、非石墨碳、裂解碳、掺杂型碳等用于锂离子二次电池的负极已进行了广泛的研究[17].随着碳材料来源和制备方法的不同 ,其形态和结构差异很大 ,这些宏观和微观结构的变化对锂离子电池碳负极的电化学性能有很大影响 .也就是说锂离子在碳负极材料中的嵌入与脱出能力与碳负极的种类 (石墨碳或非石墨碳 )、形态 (如结晶或非结晶碳 )及比表面积、Ｈ/Ｃ原子比率、粒径大小及其分布、聚集态以及微晶尺寸ｄ0 0 2 、Ｌａ、Ｌｃ 等物理参数均有密切关系 .由于碳材料本身结构的复杂性及其形态的多样性 ,目…     

不同金属负载对Cr/Al2O3-TiO2催化剂结构及氧化NO性能的影响

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制备Cr/Al_2O_3-TiO_2催化剂,在考察不同Cr负载量的基础上,研究不同金属负载与焙烧温度对Cr/Al_2O_3-TiO_2催化剂结构与性能影响。程序升温氧化(TPO)结果表明,当Cr负载量为10%(w/w)时具有较好的催化活性;不同金属负载Cr/Al_2O_3-TiO_2时,负载Co及在焙烧温度为550℃时催化剂具有较好的活性。通过程序升温还原(H_2-TPR)表征发现,Co的负载使催化剂的低温氧化还原能力逐渐提高,表明Co-Cr具有较好的协同催化作用。X射线光电子能谱(XPS)表征表明,Co增加了Cr~(6+)和表面吸附氧(O_β)含量,随着焙烧温度的升高(450～550℃),晶格氧不断向催化剂表面流动,表面化学吸附氧O_β比例逐渐增加,导致催化活性不断升高,说明Cr~(6+)和O_β是催化氧化NO的重要活性物种。     

三维有序大孔SnO_2基固溶体用于有效燃烧碳烟颗粒（英文）

柴油车尾气排放的碳烟颗粒对人类的生存环境和身体健康带来了严重危害.催化燃烧是消除碳烟颗粒污染的有效途径.碳烟颗粒催化燃烧是固-固-气相反应,因此催化剂本身具有活泼的氧中心且其能与碳烟颗粒有效接触是提高反应效率的关键因素.为改善碳烟颗粒与催化剂的接触,设计制备三维有序大孔(3DOM)催化剂,使碳烟颗粒可以进入催化剂孔道内部,增加其与催化剂的有效接触,是提高反应活性的有效途径.此外,在催化剂晶格中掺杂其它金属离子形成固溶体结构,可提高其氧化还原性能,也可有效提高其碳烟燃烧活性.SnO_2富含活泼的表面缺位氧和可还原的晶格氧,且其熔点高达1630℃,具有良好的热稳定性,被广泛用于制备气体传感、电化学和催化等材料.在过去的6年中,本课题组在SnO_2催化化学领域做了大量系统的工作,将SnO_2基催化材料用于多种环保和能源反应.发现通过其它阳离子Fe~(3+),Cr~(3+),Ta~(5+),Ce~(4+)和Nb~(5+)等的掺杂,替换晶格中部分Sn~(4+)形成金红石型SnO_2固溶体结构,可显著提高催化剂氧物种的流动性、活性和本身的热稳定性.本文采用胶体晶体模板法制备出了Ce~(4+),Mn~(3+)和Cu~(2+)离子掺杂的SnO_2三维有序大孔固溶体催化剂用于松散接触条件下的碳烟催化燃烧.采用SEM,TEM,XRD,STEM-mapping,O_2-TPD和XPS等手段对催化剂进行表征,研究其碳烟催化燃烧性能.SEM和TEM结果表明已成功合成三维有序大孔结构样品.XRD,Raman和STEM-mapping结果表明,Ce~(4+),Mn~(3+)和Cu~(2+)离子均进入四方金红石型SnO_2晶格形成固溶体结构.另外,Raman,H_2-TPR,XPS和O_2-TPD等结果发现上述离子掺杂三维大孔SnO_2后,催化剂表面形成了更活泼、丰富的氧物种,有利于碳烟颗粒燃烧.其中3DOM-Cu_1Sn_9催化剂具有最丰富的活泼氧中心,因此表现出最高的活性.     

离子色谱-电感耦合等离子体质谱法测定烟用接装纸中六价铬的含量

正铬(Cr)元素常以三价铬(Cr~(3+))和六价铬(Cr~(6+))的形态存在,在自然界中分布广泛。Cr~(3+)在人体正常糖脂代谢中是必不可少的微量元素,缺少Cr~(3+)可能会引发多种疾病;Cr~(6+)由于其氧化性和对皮肤的高渗透性,毒害性较大,被确认具有致癌作用[1]。烟用接装纸是香烟吸食过程中与口腔密切接触的部分,其安全性影响卷烟产品的整体质量安全,因此,针对卷烟产品中Cr~(6+)的含量进行质量监控很有必要。     

Electrodeposited NiSe_2 on carbon fiber cloth as a flexible electrode for high-performance supercapacitors

A flexible electrode of nickel diselenide/carbon fiber cloth(NiSe_2/CFC) is fabricated at room temperature by a simple and efficient electrodeposition method. Owing to NiSe_2 character of nanostructure and high conductivity, the as-synthesized electrodes possess perfect pseudocapacitive property with high specific capacitance and excellent rate capability. In three-electrode system, the electrode specific capacitance of the NiSe_2/CFC electrode varies from 1058 F g~(-1) to 996.3 F g~(-1) at 2 A g~(-1) to 10 A g~(-1) respectively, which shows great rate capability. Moreover, the NiSe_2 electrode is assembled with an active carbon(AC) electrode to form an asymmetric supercapacitor with an extended potential window of 1.6 V. The asymmetric supercapacitor possesses an excellent energy density 32.7 Wh kg~(-1) with a power density 800 W kg~(-1) at the current density of 1 A g~(-1). The nanosheet array on carbon fiber cloth with high flexibility, specific capacitance and rate capacitance render the NiSe_2 to be regarded as the promising material for the high performance superconductor.     

High loading LiFePO<Subscript>4</Subscript> on activated carbon fiber cloth as a high capacity cathode for Li-ion battery

The LiFePO₄/carbon fiber (LFP/CF) cathodes were prepared by using activated carbon fiber cloth as current collector in place of conventional Al foil. The electrochemical properties of LFP/CF electrodes were analyzed by the cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge tests. The results indicate that the activated carbon fiber cloth with high specific surface area and high porosity makes the LFP/CF electrode that possesses higher mass loading of 18–21 mg cm^–2 and stronger redox reaction ability compared with Al foil-based electrode. The LFP/CF electrode shows excellent rate performance and cycle stability. At 0.1C, the discharge capacity is up to 190.1 mAh g^–1 that exceeds the theoretical capacity due to the combination effect of battery and capacitor. Furthermore, the LFP/CF electrode shows an initial capacity of 150.4 mAh g^–1 at 1C with a capacity retention of 74.7% after 425 cycles, which is higher than 62.4% for LFP/Al foil electrode, and an initial discharge capacity of 130 mAh g^–1 at 5C with a capacity retention of 61.5% after 370 cycles. But this composite electrode is not suitable for charging/discharging at higher rate as 10C due to too much mass loading.     

Activated carbon cloth as adsorbent and oxidation catalyst for the removal of amitrole from aqueous solution

Removal of amitrole from water was studied by adsorption on an activated carbon cloth and by oxidation with hydrogen peroxide using the same activated carbon cloth as catalyst. Study variables included the solution pH, ionic strength, and temperature in the adsorption process and the solution pH and the surface chemistry of the activated carbon cloth in the oxidation process. Results showed that amitrole adsorption on activated carbon cloth was not adequate to remove amitrole from water due to the high solubility and low aromaticity of the herbicide, which reduced its adsorption on the carbon. A higher amitrole removal rate was obtained with the activated carbon/H₂O₂ system. The best results were obtained on basic activated carbon surfaces at pH 7–10, when hydroxyl radical formation is favored, achieving the removal of 35–45% of the AMT, compared with 20–25% under the best adsorption conditions. Importantly, oxygen fixed on the carbon surface during AMT oxidation must be removed by heat treatment in order to regenerate the surface basicity of the carbon before its reutilization in another oxidation cycle.     

Binder-free carbon fiber/TiNb2O7 composite electrode as superior high-rate anode for lithium ions batteries

Carbon fibre supported titanium niobium oxide (TiNb₂O₇) composite electrodes are prepared via a simple solvothermal method and show superior high-rate performance with large capacity and good cycling performance.     

碳布／聚芳醚酮热塑性复合材料的破坏允限

本文研究了碳布增强的聚芳醚酮复合材料的破坏允限。用二碘甲烷增强的x-射线照相法对试件内部的冲击缺陷进行观察,结果表明,其破坏类型可分为分层、基体开裂、纤维断裂和脱胶。用三点弯曲方法测定了损伤试件的剩余弯曲强度与冲击能量的关系。     

氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片构筑高性能超级电容器

首先采用溶液法在碳布上生长Co-MOF二维纳米片,通过高温退火和刻蚀后得到MOF衍生多孔碳纳米片。以Co-MOF衍生的多孔碳纳米片/碳布(CNS/CC)作为碳基骨架,采用电化学沉积法负载高活性氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs),制备得到分级多孔结构的N-GQD/CNS/CC复合材料。组装成自支撑且无粘结剂的N-GQD/CNS/CC电极,当电流密度为1 A·g~(-1)时,其比电容高达423 F·g~(-1)。通过储能机制和电容贡献机制的研究表明,在碳纤维上原位生长的具有高双电层电容的CNS和表面负载具有高赝电容的N-GQDs之间相互协同作用,使得N-GQD/CNS/CC电极具有高电容性能,是一种理想的超级电容器电极材料。电极材料的高导电、分级多孔结构有利于电子的传输和电解质离子的扩散,具有良好的动力学性能,能快速充放电和具有优异的倍率特性。将电极组装成对称型超级电容器,功率密度为250 W·kg~(-1)时对应的能量密度达到7.9 Wh·kg~(-1),且经过10 000次循环后电容保持率为91.2%,说明氮掺杂石墨烯量子点/MOF衍生多孔碳纳米片复合材料是一种电化学性能稳定的具有高电容性能的全碳电极材料。     

Ion Recognition and Analytical Application of a Fibroin Modified Electrode

A novel fibroin modified electrode with ion recognition was reported. The membrane with isoelectric point of pH 4.5, was modified on graphite and carbon fiber electrodes. The pH-responsive ion recognition of the modified electrode was investigated by use of some neurocompounds. The fibroin carbon fiber electrode has been used for in-vivo determination.     

在碳纤维布上原位生长NiCo层状双氢氧化物纳米片用于高性能非对称超级电容器

通过恒电压电沉积法在不同的碳纤维基体上原位制备NiCo层状双金属氢氧化物(NiCo-LDH)复合材料(NiCo-LDH/碳纤维布),该方法无需粘合剂,可以有效避免由于粘合剂的加入引起的导电性降低。在NiCo-LDH的层状晶体结构中,正电荷的主体层和层间电荷补偿阴离子可以促进电极材料之间的离子扩散,从而可高效利用活性位点。得益于NiCo-LDH折叠层状结构的特点,NiCo-LDH/碳纤维布具有出色的比电容(1 A·g^-1时1387.5 F·g^-1)。此外,以NiCo-LDH/碳纤维布作为正极,涂覆在泡沫镍表面的还原氧化石墨烯(rGO/NF)作为负极,组装而成的非对称超级电容器(ASC)具有极好的电化学性能。ASC在1 A·g^-1时能量密度为26.6 Wh·kg^-1,功率密度为850.4 W·kg^-1,在最大功率密度为8500.3 W·kg^-1时能量密度仍保持有14.9 Wh·kg^-1。     

耐尔兰A修饰碳纤维微柱电极的电化学性质研究

用循环伏安法将碳纤维柱电极表面官能团化，利用正负离子间的静电作用将耐尔兰Ａ修饰在碳纤维微柱电极（ＣＦＭＣＥ）表面，对该修饰电极的电化学性质进行研究，讨论了它的稳定性，测定了不同ＰＨ值下固定化耐尔兰Ａ电极反应的表现电子转移速率常数ｋ、电荷转移系数α以及参加电极反应的Ｈ＾＋数，实验表明：电极对血戏蛋白在ＣＦＭＣＥ上的还原有电催化作用。     

WO3/碳布柔性非对称超级电容器的组装及性能研究

以超级电容器的电极材料制备、性质研究及对组装的非对称超级电容器的性能研究为核心内容,提高超级电容器电化学性能为主要目的,采用水热合成法在碳布基底上合成三氧化钨/碳布和活化后的碳布为超级电容器的电极材料。采用SEM、XRD表征方法对制备的材料进行了形貌表征及物相分析;使用上海辰华电化学工作站对电极材料进行了循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能测试. 最终得到以三氧化钨/碳布为正极材料、活化后的碳布为负极材料组装成不对称柔性电容器,进行电化学测试,其电位窗口提高到0~1.6 V,电流密度61.9 mA·cm^-2时,电容达到58.96 F·cm-2,功率密度0.48 W·cm^-2时,能量密度为20.36 mWh·cm^-2,同时在电流密度8 mA·cm^-2时,循环3000次时表现出良好的循环性能,相较于对称型超级电容器,倍率性能更加优异.