LiF-BaF2-LiCl熔盐体系中Li+的电化学行为

运用三电极在电化学工作站AUTOLAB以循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了LiF-BaF₂-LiCl熔盐体系中1203 K温度下锂在钨（W）电极上的电化学还原过程及其控制步骤. 结果表明,Li⁺在W电极上的还原过程是一步得电子的准可逆反应,析出电位在-1.0 V附近. 阴极过程受离子的扩散步骤控制,计算得出扩散系数为4.5 × 10^-6 cm²•s^-1.     

Ni-Ru-Ir氧化物阴极涂层的析氢活性

应用热分解氧化法制备Ni-Ru-Ir氧化物活性阴极.循环伏安、Tafel曲线及计时电流测试表明,在90℃、30%(bymass)的NaOH溶液中,电流密度0.3A·cm-2条件下,Ru∶Ir质量比为1∶1的Ni-Ru-Ir氧化物电极的析氢过电位比Ni电极低300mV;表面粗糙度是Ni网电极的32倍;交换电流密度是Ni网电极的4倍;其析氢性能显然远优于Ni网电极,有望应用于氯碱工业以期降低能耗.     

新型CNT/nano-TiO_2复合膜电极的制备及其异相电催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了碳纳米管/纳米TiO2(CNT/nano-TiO2)复合溶胶,通过提拉法将复合溶胶涂覆在Ti基体上制得CNT/nano-TiO2复合膜修饰电极(C电极),其电化学性能经循环伏安、计时库仑、交流阻抗谱(EIS)等方法研究.研究结果表明,CNT可阻碍nano-TiO2粒子团聚.在循环伏安图中,C电极的氧化还原峰电流比nano-TiO2膜修饰电极(P 电极)的高出两倍多.通过对草酸溶液的异相电催化反应进一步证明C电极比P电极具有更高的电催化活性,而且对双氧水也有很强的异相电催化还原能力.     

阳极TiO2/g-C3N4与阴极WO3/W纳米催化剂之间扩大的异质结自偏压系统去除污染物

电化学或光电化学半导体催化剂广泛应用于降解污水中的有机与无机污染物,有望实现低能耗且高效的污染物降解.目前,已有多种异质结半导体光催化剂的研究报道,并且大多数的研究结果显示催化剂活性有明显提高,但仍存在着光激发后电子与空穴的复合问题.光电化学系统的构建可减少电子与空穴的复合,因光催化阳极与光催化阴极之间费米能级的不同,在两极之间形成异质结,产生内电场,自生偏压驱动电子流动.已有诸多研究报道将TiO2催化剂与g-C3N4复合形成异质结,提高光催化活性.由于g-C3N4(~–1.12 eV vs.NHE)导带位置相比于TiO2(~–0.2 eV vs.NHE)更负,因此在两者之间可形成内部偏压,驱动电子由g-C3N4转移至TiO2.WO3/W导带位置(~+0.2 eV vs.NHE)比TiO2与g-C3N4更正,因此自生内偏压促进电子由阳极流动至阴极.我们研究组发展了一种在无光条件下的自偏压电化学燃料电池系统,异质结间的电子流动可活化氧气产生自由基,自由基可用于阳极污染物的降解,但阴极未降解污染物.本文在上述研究基础上,应用TiO2/g-C3N4异质结与WO3/W分别作为阳极与阴极催化剂,构建自偏压催化燃料电池系统,在无光条件下催化阳极与阴极之间自发电子转移,活化氧气产生自由基,同时实现低能耗阳极室内污染物如罗丹明B和三氯生的氧化,且电子用于阴极室内硝态氮的还原.通过在空气中原位加热与氧化钨丝制得WO3/W阴极,由扫描电镜图可知在钨丝表面形成三氧化钨纳米粒子,此结构增大了催化剂的表面积以及催化剂与电解液的接触面积,有利于电荷转移.用循环伏安曲线(CV)与电流时间曲线(I-t)表征了电极的电化学性质.CV测试结果表明,相比于硫酸钠电解液,WO3/W阴极在含有硝态氮的电解液中存在还原峰,且紫外照射比无光条件下的电流略大,说明此电极在无光条件下可用于还原硝态氮,有光更利于激发催化剂产生电子与空穴降解和去除污染物.在硫酸钠电解液中,无光照条件下(同室),I-t曲线表明TiO2/g-C3N4相比于WO3/W电极可产生更大电流,因此选择TiO2/g-C3N4作为阳极,WO3/W作为阴极.在含污染物电解液中,无光照条件下,Pt片作为对电极时(同室),I-t曲线中的电流在曝气时比未曝气时小,说明电极上产生的部分电子用于活化氧气产生自由基,因此转移到外电路的电子减少,电流变小;相反,当TiO2/g-C3N4阳极置于阳极室,WO3/W阴极置于阴极室时(两室),阳极鼓入空气,阴极曝氮气时,电流比两室均未曝气时大,说明此系统有利于电子产生与转移,用于氧化还原去除污染物.相比于传统方法,此系统通过阳极室内曝空气与活化分子氧形成自由基,无需外加偏压,在有光与无光条件下,均可实现对阳极室与阴极室内不同污染物的同时去除或降解,同时提出了此系统中的降解机理.     

阳极TiO_2/g-C_3N_4与阴极WO_3/W纳米催化剂之间扩大的异质结自偏压系统去除污染物（英文）

电化学或光电化学半导体催化剂广泛应用于降解污水中的有机与无机污染物,有望实现低能耗且高效的污染物降解.目前,已有多种异质结半导体光催化剂的研究报道,并且大多数的研究结果显示催化剂活性有明显提高,但仍存在着光激发后电子与空穴的复合问题.光电化学系统的构建可减少电子与空穴的复合,因光催化阳极与光催化阴极之间费米能级的不同,在两极之间形成异质结,产生内电场,自生偏压驱动电子流动.已有诸多研究报道将TiO_2催化剂与g-C_3N_4复合形成异质结,提高光催化活性.由于g-C_3N_4(~-1.12 eV vs.NHE)导带位置相比于TiO_2(~-0.2 eV vs.NHE)更负,因此在两者之间可形成内部偏压,驱动电子由g-C_3N_4转移至TiO_2.WO_3/W导带位置(~+0.2eV vs.NHE)比TiO_2与g-C_3N_4更正,因此自生内偏压促进电子由阳极流动至阴极.我们研究组发展了一种在无光条件下的自偏压电化学燃料电池系统,异质结间的电子流动可活化氧气产生自由基,自由基可用于阳极污染物的降解,但阴极未降解污染物.本文在上述研究基础上,应用TiO_2/g-C_3N_4异质结与WO_3/W分别作为阳极与阴极催化剂,构建自偏压催化燃料电池系统,在无光条件下催化阳极与阴极之间自发电子转移,活化氧气产生自由基,同时实现低能耗阳极室内污染物如罗丹明B和三氯生的氧化,且电子用于阴极室内硝态氮的还原.通过在空气中原位加热与氧化钨丝制得WO_3/W阴极,由扫描电镜图可知在钨丝表面形成三氧化钨纳米粒子,此结构增大了催化剂的表面积以及催化剂与电解液的接触面积,有利于电荷转移.用循环伏安曲线(CV)与电流时间曲线(I-t)表征了电极的电化学性质.CV测试结果表明,相比于硫酸钠电解液,WO_3/W阴极在含有硝态氮的电解液中存在还原峰,且紫外照射比无光条件下的电流略大,说明此电极在无光条件下可用于还原硝态氮,有光更利于激发催化剂产生电子与空穴降解和去除污染物.在硫酸钠电解液中,无光照条件下(同室),I-t曲线表明TiO_2/g-C_3N_4相比于WO_3/W电极可产生更大电流,因此选择TiO_2/g-C_3N_4作为阳极,WO_3/W作为阴极.在含污染物电解液中,无光照条件下,Pt片作为对电极时(同室),I-t曲线中的电流在曝气时比未曝气时小,说明电极上产生的部分电子用于活化氧气产生自由基,因此转移到外电路的电子减少,电流变小;相反,当TiO_2/g-C_3N_4阳极置于阳极室,WO_3/W阴极置于阴极室时(两室),阳极鼓入空气,阴极曝氮气时,电流比两室均未曝气时大,说明此系统有利于电子产生与转移,用于氧化还原去除污染物.相比于传统方法,此系统通过阳极室内曝空气与活化分子氧形成自由基,无需外加偏压,在有光与无光条件下,均可实现对阳极室与阴极室内不同污染物的同时去除或降解,同时提出了此系统中的降解机理.     

Pt-Mo2C/GC催化甲醇氧化的现场电化学-红外光谱研究

应用离子交换法制备了40%Pt在Mo2C/GC上的电催化剂.X射线衍射(XRD)显示,Pt在Mo2C载体上有较好的分散度,平均粒径为3 nm.循环伏安、计时电位测试表明,酸性溶液中,Pt-Mo2C/GC具有良好的甲醇氧化性能.其催化甲醇氧化的起始电位比Pt/C的负移了90 mV.这一优异性能与Pt和载体Mo2C之间的协同作用有关.现场红外光谱电化学测量显示,甲醇在Pt/C电极氧化的中间产物是桥式吸附COB和线性吸附COL,而在Pt-Mo2C/GC电极则未检测到有害中间产物CO,其氧化终产物均为CO2.     

RuO_2/TiO_2纳米薄膜的新构建及对CO_2的电催化还原

在旋涂有球状纳米TiO2薄膜的导电玻璃(ITO)基底上采用循环伏安法(CV)电沉积RuO2作为电催化还原CO2的阴极.采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表征了RuO2/TiO2纳米薄膜的形貌,并应用近稳态电位扫描法和计时电流法(i～t)研究了薄膜的电催化CO2性能.结果表明所构建的RuO2/TiO2薄膜中纳米粒子大小均匀、排列致密,且较传统热分解法所得催化剂有更好的电催化性能.     

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.     

基于碳纳米管-纳米二氧化锰增强的H2O2修饰电极的研制

将碳纳米管(CNT)和纳米二氧化锰(Nano-MnO2)分散在壳聚糖(CHIT)溶液中,用涂敷法固定到玻碳电极表面,制成修饰电极.由于碳纳米管具有良好的电子传递性能,使纳米二氧化锰对H2O2的电催化活性明显提高,通过循环伏安法、计时电流法对传感器的性能进行了研究.在最佳测试条件下,该传感器对H2O2的线性范围为1.5×10-6 ～5.0×10-2 mol/L,检出限为4×10-7 mol/L.用于实际样品的测定,结果满意.     

亚硝酸盐在碳纳米管修饰玻碳电极上的电催化氧化及电分析方法研究

用循环伏安法研究了NO2-在多壁碳纳米管修饰玻碳电极(MWCNT/GCE)上的电催化氧化行为.采用计时库仑法(CC)和计时电流法(CA)得到了NO2-在MWCNT/GCE上的动力学参数;利用稳态电流-时间曲线法测定了NO2-电流响应信号与浓度间的关系.结果表明,电流响应信号随其浓度成比例增长,响应时间小于4s,最低响应浓度为2μmol/L.用线性扫描伏安法(LSV)对实际工业废水水样进行了分析测定,相对标准偏差(RSD)小于3%,加标回收率在98%～100%之间.     

Enhanced electrodeposition and separation of metallic Cr from soluble K_2CrO_4 on a liquid Zn cathode

Carbon contamination and the formation of low-valence oxides limit the preparation of refractory metals by molten salt electrolysis.In this paper,a liquid Zn cathode is adopted for the electrochemical reduction of soluble K_2Cr O_4to metallic Cr in Ca Cl_2-KCl molten salt.It is found that Cr O_4~(2-)can be directly electrochemically reduced to Cr via a six-electron-transfer step and low-valence Cr oxides is hardly produced.The reduction rate is obviously increased from 16.7 mg_(Cr)h~(-1)cm~(-2)on the solid Mo cathode to58.7 mg_(Cr)h~(-1)cm~(-2)on liquid Zn cathode.The electrodeposited Cr is distributed in liquid Zn cathode.Carbon contamination is effectively avoided due to the negligible solubility of carbon in the liquid Zn cathode.Furthermore,Cr can be effectively separated and enriched to the bottom of liquid Zn under supergravity field,realizing the efficient acquisition of metallic Cr and recycling of liquid Zn.The method herein provides a promising route for the preparation of refractory metals with high-purity by molten salt electrolysis.     

瞬时离子释放扩散模型及熔盐电解固态WS_2制备纳米W的液相扩散研究

固态化合物熔盐电解冶金在21世纪初被提出后受到学术界和工业界的广泛关注.根据固态化合物电解的动态三相电化学界线模型,固态金属氧(硫)化物阴极在电解还原过程中,涉及O2?(S2?)在电解生成的多孔金属层中的液相扩散,但由于一直以来缺乏方便可靠的理论和实验方法,相关传质过程动力学的研究鲜有文献报道.本文引入多孔电极瞬时离子释放扩散模型,以粉末微腔电极为微型多孔电极,设计双电势阶跃实验研究了WS2在等摩尔比NaCl+KCl熔盐中电解时固态阴极中的液相扩散.实验结果与理论模型符合良好,973 K时,硫离子在孔隙率为69%的多孔金属钨层中的扩散系数为0.92×10?5 cm2/s,扩散活化能为53.4 kJ/mol.研究表明,二硫化钨在NaCl+KCl混盐体系中能够快速电解还原生成纳米金属钨,其中,S2?的扩散传质是整个电解过程的速度控制步骤.     

在LiCl-KCl-ZnCl_2熔盐体系中电化学共还原提取钕

针对镧系元素钕,本文通过循环伏安、开路计时电位、方波伏安等方法研究了773 K时Nd(III)在钼电极上在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中的电化学行为及Zn-Nd合金的形成过程.结果表明:在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐中,Nd(III)在预先沉积的Zn阴极上欠电位沉积形成三种Zn-Nd金属间化合物.基于电化学行为研究,采用恒电位电解提取Nd并用方波伏安曲线测量来检测Nd(III)离子浓度的变化,然后通过电解前后Nd(III)离子浓度变化评估了Nd的电解提取效率.实验结果表明:-1.84 V恒电位电解进行50 h后,Nd(III)离子浓度接近于零,提取效率为99.67%.在973 K时通过恒电流电解提取Nd并获得了Zn-Nd合金,通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)附带能量散射谱(EDS)对合金的相组成和微观形貌进行了分析.XRD分析表明在Zn-Nd合金中存在Nd2Zn17,LiZn和Zn相,EDS能谱分析表明Nd在合金中的原子分数高达14.99%.     

Electrochemical behaviour of lanthanum fluoride in molten fluorides

The electrochemical behaviour of lanthanum fluoride dissolved in molten lithium fluoride and in eutectic mixture LiF-CaF₂ was investigated by cyclic voltammetry and laboratory electrolysis. The cyclic voltammetry experiments were carried out at 900°C and 800°C, respectively, in a graphite crucible (counter electrode). Several types of working electrodes (Mo, W, Ni and Cu) were used. Ni/Ni(II) was used as a reference electrode. Laboratory electrolysis was carried out in the system LiF-CaF₂-LaF₃ at 800°C in galvanostatic (j _c = −0.21 A cm⁻²) and potentiostatic (E = 0.87 V) regimes. In both cases, nickel served as the cathode and graphite as the anode. It was found that no new separate reduction peak occurred on the molybdenum or tungsten electrodes in the investigated systems. When copper or nickel electrodes were used, new peaks corresponding to the reduction of lanthanum(III) to lanthanum metal appeared. This can be explained by the formation of alloys or intermetallic compounds of lanthanum with copper or nickel. X-ray microanalysis showed that lanthanum was electrodeposited together with calcium under formation of intermetallic compounds with the electrode materials in the galvanostatic regime. In the potentiostatic regime, mainly lanthanum was deposited, which enabled its separation.     

Electrochemical Co-reduction of Bi(Ⅲ)and Y(Ⅲ)and Extracting Yttrium from Molten LiCl-KCl Using Liquid Bi as Cathode

The electrochemical reaction of Bi(Ⅲ)and co-reduction behaviour of Bi(Ⅲ)and Y(Ⅲ)ions were researched in molten LiCl-KCl on a ttmgsten(W)electrode employing a range of electrochemical teclmiques.Cyclic voltammetric and square-wave voltanunetric results revealed that the reduction of Bi(Ⅲ)was a one-step process,with the exchange of three electrons on a W electrode,and diffusion-controlled.The electrochemical curves showed two reduction peaks pertaining to the formation of Bi-Y alloy compounds,because of the co-reduction of Bi(Ⅲ)and Y(Ⅲ) by metallic Y deposited on the pre-deposited Bi-coated W electrode and reacting with Bi metal in molten LiCl-KCl. Furthermore,galvanostatic electrolysis was conducted using liquid Bi as cathode to extract yttrium at different current intensities,and the extractive products were analyzed by SEM,EDS and XRD.The results indicated that BiY intermetallic compotmd was formed in the molten LiCl-KCl-YCl3 system.     

在LiCl-KCl-ZnCl2熔盐体系中电化学共还原提取钕

针对镧系元素钕,本文通过循环伏安、开路计时电位、方波伏安等方法研究了773 K时Nd（Ⅲ）在钼电极上在LiCl-KCl-ZnCl₂熔盐体系中的电化学行为及Zn-Nd合金的形成过程. 结果表明：在LiCl-KCl-ZnCl₂熔盐中,Nd（Ⅲ）在预先沉积的Zn 阴极上欠电位沉积形成三种Zn-Nd金属间化合物. 基于电化学行为研究,采用恒电位电解提取Nd并用方波伏安曲线测量来检测Nd（Ⅲ）离子浓度的变化,然后通过电解前后Nd（Ⅲ）离子浓度变化评估了Nd的电解提取效率. 实验结果表明：-1.84 V恒电位电解进行50 h后,Nd（Ⅲ）离子浓度接近于零,提取效率为99.67%. 在973 K时通过恒电流电解提取Nd并获得了Zn-Nd合金,通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）附带能量散射谱（EDS）对合金的相组成和微观形貌进行了分析. XRD分析表明在Zn-Nd合金中存在Nd₂Zn₁₇,LiZn 和Zn相,EDS能谱分析表明Nd在合金中的原子分数高达14.99%.     

Computer-aided control of electrolysis of solid Nb2O5 in molten CaCl2

Low energy production of Nb powders via computer-aided control (CAC) of two-electrode electrolysis of porous Nb2O5 pellets (ca. 1.0 g) has been successfully demonstrated in molten CaCl2 at 1123 K. It was observed that potentiostatic electrolysis of the oxide in a three-electrode cell led to a cell voltage, i.e. the potential difference between the working (cathode) and counter (anode) electrodes, that decreased to a low and stable value within 1-2 h of the potential application until the end of the electrolysis (up to 12 h in this work). The cell voltage varied closely according to the current change. The stabilised cell voltage was below 2.5 V when the cathode potential was more positive than that for the reduction of Ca2+, leading to much lower energy consumption than that of constant voltage (>3.0 V) two-electrode electrolysis, as previously reported. Using a computer to program the variation of the cell voltage of two-electrode electrolysis according to that observed in the potentiostatic three-electrode electrolysis (0.05 V vs. Ca/Ca2+), a Nb powder with ca. 3900 ppm oxygen was produced in 12 h, with the energy consumption being 37.4% less than that of constant voltage two-electrode electrolysis at 3.0 V. Transmission electron microscopy revealed thin oxide layers (4-6 nm) on individual nodular particles (1-5 microm) of the obtained Nb powder. The oxide layer was likely formed in post-electrolysis processing operations, including washing in water, and contributed largely to the oxygen content in the obtained Nb powder.     

LiCl-KCl-LaCl3熔盐体系中La(III)的电化学行为

在773 K条件下,研究了La（III）在LiCl-KCl熔盐中W和Ni电极上的电化学行为。La（III）还原反应是一步三电子转移的准可逆反应;通过在Ni电极上直接电沉积La的方法可以获得La-Ni金属间化合物;恒电位电解可以获得含三种金属间化合物（LaNi₅、La₇Ni₁₆和La₂Ni₃）的La-Ni合金层,并且通过X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜-能谱分析仪（SEM-EDS）确定物相并表征结构。采用开路计时电位法估算了LaNi₅金属间化合物的标准生成吉布斯自由能。揭示了恒电位电解方法是制备La-Ni镀层合金以及提取熔盐中La的有效方法。     

铝电极在LiNO3-KNO3熔盐中的电化学行为

采用循环伏安和恒电位电解法考察了铝电极在LiNO3-KNO3熔盐中的电化学行为. 实验结果表明, 在该熔盐中, 锂离子在铝电极上的电还原过程伴随着新生态的锂原子向电极内部的随后扩散步骤; 锂原子进入铝电极后与铝发生合金化, 形成β-LiAl合金和γ-LiAl合金; 锂离子在铝电极上的还原过程受还原态锂在铝基体内的扩散步骤控制. 循环伏安实验发现, 铝电极在该熔盐中的氧化和还原峰电流都先随循环次数增加而增大, 最后基本上趋于稳定. 这表明铝电极在该熔盐体系中具有较好的电化学稳定性.     

Cr2O3粉末在CaCl2熔盐中直接电化学还原的金属通腔电极研究

应用金属通腔电极研究Cr2O3粉末于熔盐中的电化学行为,验证了900℃下Cr2O3粉末在含镁量<0.005%氯化钙熔盐中的分步还原机理,估算其电化学还原动力学参数;并由扫描电镜观察产物形貌,分析电解电位和时间对金属颗粒尺寸的影响.