水合氧化钌对铂电催化剂上甲醇电氧化反应的促进作用

以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,制备了Pt载量为20%的Pt-(RuOxHy)m/MWCNTs催化剂(m为Ru/Pt原子比),在m≤0.4时考察了不同电势区间循环伏安预处理对其催化性能的影响.水合氧化钌(RuOxHy)的存在明显提高了Pt催化剂抗CO毒化的能力,而在甲醇电氧化反应中Pt的质量比活性(MSA)随样品中m值增大呈先升后降趋势.经低电势区间(-0.20～0.46 V vsSCE)预处理稳定的催化剂中,Pt-(RuOxHy)0.10/MWCNTs样品中Pt的甲醇电氧化反应的MSA提高至相应单组分Pt/MWCNTs的9倍.将预处理电势区间扩展到高电势(即-0.20～0.96 V VS SCE)会造成钌组分溶解流失,导致催化剂抗CO毒化能力下降.在经过高电势区间的预处理后,Pt-(RuOxHy)0.20/MWCNTs对甲醇电氧化反应呈现出最高的催化活性,为单组分Pt催化剂的1.4倍.这些结果证实,水合氧化钌是Pt电催化剂的有效助剂.     

Co3O4/聚吡咯/石墨烯碱性溶液中电化学还原氧

燃料电池具有较高的能量密度和发电效率,以清洁能源为原料,零污染排放,是一种具有发展前景的能量储存和转化装置.阴极氧还原反应(ORR)在燃料电池中起着关键作用.ORR广泛采用贵金属铂基催化剂,但是它们价格昂贵,电子动力学转移速率慢,碱性条件下易团聚,这些亟需解决的问题阻碍了燃料电池商业化进程.近期,一些非贵金属催化剂被广泛研究,例如氮掺杂碳材料、Fe/N/C和Co/N/C材料等,它们有可能在未来替代铂基催化剂.我们的目标是合成新型高催化活性的Co/N/C及其衍生非贵金属材料,用于ORR催化反应.由于石墨烯具有独特的形貌、较大的比表面积和良好的导电性,其表面含有功能化的官能团,所以我们选择石墨烯作为碳载体.首先,用改性休克尔方法合成了氧化石墨烯(GO),为了提高其催化活性,采用聚吡咯作为氮源对其进行了氮掺杂,制备了聚吡咯/氧化石墨烯(Ppy/GO).通过ORR催化性能测试发现,GO对ORR具有一定的催化活性,它的起始电位和阴极电流电位分别为–0.31 V vs SCE和–0.38 V vs SCE;Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V vs SCE和–0.38 V vs SCE,氮掺杂对GO的催化活性有所提高.采用水热法沉积氧化钴合成了Co3O4/聚吡咯/氧化石墨烯(Co3O4/Ppy/GO).其形貌为Co3O4分散在氮掺杂GO表面.在KOH电解质(0.1 mol/L)中测试,Co3O4/Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V和–0.38 V vs SCE.经过800℃高温煅烧处理后,Co3O4/Ppy/GO-800的催化活性明显提高,起始电位和阴极电流电位分别达到–0.10 V和–0.18 V vs SCE.ORR电子转移数为3.4,接近于4电子反应途径.Co3O4/Ppy/GO对ORR的催化活性及4电子催化选择性较高,可能是由于纳米形态的Co3O4和Ppy/GO之间具有较强的表面作用力,聚吡咯掺杂的氧化石墨烯具有较强的电子储存及释放能力.综上,我们通过水热法制备了钴、氮共掺杂的GO,并研究了其对ORR的催化活性和电子转移选择性.结果表明Co3O4/Ppy/GO是一种高效的非贵金属电催化剂,在碱性电解质中具有很高的ORR催化活性,在燃料电池阴极催化剂方面很有前景.     

表面增强拉曼光谱研究吸附电位对CO在Pt电极上氧化行为的影响

预吸附电势对CO在Pt上的氧化行为有重要影响. 在电势低于0.3 V（vs. RHE）下,预吸附的CO单层在Pt电极上0.4 V就开始氧化,并会在0.6 V左右出现1个较小的氧化峰,即所谓的“氧化前峰”,而在双电层电位区间饱和吸附的CO只有当电势正于0.6 V才氧化     

二甲醚在Pt电极上吸附和氧化的循环伏安和原位FTIR光谱研究

运用电化学循环伏安法(CV)和原位傅立叶变换红外(FTIR)反射光谱, 研究了不同pH值溶液中二甲醚(DME)在Pt电极上的解离吸附和氧化过程. 稳态CV结果给出, 在0.1 mol·L-1 H2SO4溶液中, 当电位处于0.05-0.35 V (vs RHE)区间, 约70%的Pt表面位被DME的解离吸附产物占据. DME电氧化反应的活性随pH值增加而下降, 在0.1 mol·L-1 NaOH溶液中, 氢的吸脱附几乎不受抑制且观察不到明显的氧化电流, 表明DME醚键上氧原子的质子化是其发生解离吸附和氧化的必要条件. 原位FTIR光谱研究给出DME解离吸附和氧化过程的分子水平信息, 指出DME在低电位区间解离生成线型吸附态CO(COL)毒性中间体. 当电位高于0.55 V(vs RHE)时, COL开始氧化为CO2; 在0.75-1.00 V(vs RHE)的电位区间则可同时发生经活性中间体(HCOOH)的氧化过程.     

碱性直接醇燃料电池非铂阳极催化剂

以纳米Pd,Pd-Ru,Au和Au-Ru为碱性直接醇燃料电池非Pt阳极催化剂,考察了其对甲醇、乙醇和乙二醇的电氧化性能.结果表明,Pd在酸中对醇电氧化的催化活性很低,但在碱中表现出较高的催化活性,起波电势约为0.4V(vsRHE);引入Ru助催化剂后,起波电势负移约0.15V;Pd-Ru对乙醇的电氧化表现出很高的活性,在0.3～0.4V电势范围内其活性为Pt-Ru的4倍.Au在酸中几乎不催化醇类分子的电氧化,但在碱中表现出一定的催化活性,在高于0.6V(vsRHE)的电势范围内可观察到醇氧化阳极电流.Au-Ru的催化活性高于Au,但起波电势没有明显负移,这可能表明当电势不足够正时醇分子在Au表面的吸附脱氢步骤是速率控制步骤.     

电化学预处理玻碳电极示差脉冲伏安法测定水中痕量铅

将玻碳电极在pH 4.0乙酸盐缓冲溶液中,于电位+1.8 V(vs.SCE)处阳极氧化,然后在-0.8~+1.0 V电位范围内循环扫描,进行预处理。研究了铅离子在预处理玻碳电极上的电化学行为,结果表明:与未修饰的电极相比,Pb2+在该修饰电极上有一对氧化还原峰,峰电位分别为-0.57 V和-0.68 V(vs.SCE),且峰电流大大提高。据此提出了示差脉冲伏安法测定Pb2+的方法。在优化的试验条件下,氧化峰电流与Pb2+的浓度在3.2×10-7~4.2×10-5mol.L-1范围内呈线性关系。检出限(3S/N)为3.2×10-8mol.L-1。应用该预处理电极测定水样中微量铅,加标回收率在93.8%~104.7%之间,相对标准偏差(n=6)在3.1%~4.3%之间。     

Pt电极上乙醛吸附及氧化的现场FTIR反射吸收光谱电化学研究

本文用现场FTIR反射吸收光谱法和循环伏安法研究了Pt电极上HCl, H2SO4水溶液中乙醛的吸附及氧化过程。实验结果表明, 0.3至1.0V(vs. SCE)电势范围内乙醛主要以式I吸附于电极表面上, 并发生了生成乙酸的电化学反应, 产物乙酸可能以式II吸附。对于H2SO4水溶液中, 上述电势范围内电极表面上还检测出硫酸根离子与乙醛和乙酸的竞争吸附。     

Co_3O_4/聚吡咯/石墨烯碱性溶液中电化学还原氧（英文）

燃料电池具有较高的能量密度和发电效率,以清洁能源为原料,零污染排放,是一种具有发展前景的能量储存和转化装置.阴极氧还原反应(ORR)在燃料电池中起着关键作用.ORR广泛采用贵金属铂基催化剂,但是它们价格昂贵,电子动力学转移速率慢,碱性条件下易团聚,这些亟需解决的问题阻碍了燃料电池商业化进程.近期,一些非贵金属催化剂被广泛研究,例如氮掺杂碳材料、Fe/N/C和Co/N/C材料等,它们有可能在未来替代铂基催化剂.我们的目标是合成新型高催化活性的Co/N/C及其衍生非贵金属材料,用于ORR催化反应.由于石墨烯具有独特的形貌、较大的比表面积和良好的导电性,其表面含有功能化的官能团,所以我们选择石墨烯作为碳载体.首先,用改性休克尔方法合成了氧化石墨烯(GO),为了提高其催化活性,采用聚吡咯作为氮源对其进行了氮掺杂,制备了聚吡咯/氧化石墨烯(Ppy/GO).通过ORR催化性能测试发现,GO对ORR具有一定的催化活性,它的起始电位和阴极电流电位分别为–0.31 V vs SCE和–0.38 V vs SCE;Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V vs SCE和–0.38 V vs SCE,氮掺杂对GO的催化活性有所提高.采用水热法沉积氧化钴合成了Co_3O_4/聚吡咯/氧化石墨烯(Co_3O_4/Ppy/GO).其形貌为Co_3O_4分散在氮掺杂GO表面.在KOH电解质(0.1 mol/L)中测试,Co_3O_4/Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V和–0.38 V vs SCE.经过800°C高温煅烧处理后,Co_3O_4/Ppy/GO-800的催化活性明显提高,起始电位和阴极电流电位分别达到–0.10 V和–0.18 V vs SCE.ORR电子转移数为3.4,接近于4电子反应途径.Co_3O_4/Ppy/GO对ORR的催化活性及4电子催化选择性较高,可能是由于纳米形态的Co_3O_4和Ppy/GO之间具有较强的表面作用力,聚吡咯掺杂的氧化石墨烯具有较强的电子储存及释放能力.综上,我们通过水热法制备了钴、氮共掺杂的GO,并研究了其对ORR的催化活性和电子转移选择性.结果表明Co_3O_4/Ppy/GO是一种高效的非贵金属电催化剂,在碱性电解质中具有很高的ORR催化活性,在燃料电池阴极催化剂方面很有前景.     

鲱鱼精DNA的电化学氧化及与组蛋白的相互作用

应用循环伏安法、微分脉冲伏安法和荧光光谱法研究了鲱鱼精DNA的电化学氧化及其与组蛋白的相互作用.结果发现,在0.20~1.25 V电位区间内,DNA在酸性溶液中呈现一个明显的不可逆氧化峰,在中性及碱性溶液中呈现两个不可逆氧化峰.氧化峰电位随溶液pH值增大而负移,变化幅度为-57 mV.pH-1.氧化峰电流与DNA浓度(0.45~8.20 mmol.L-1)成线性关系.DNA能与组蛋白结合,导致氧化电位正移,氧化电流减小,并减弱钌配合物指示剂和DNA相互作用的荧光强度以及减少DNA的氧化损伤.     

纤维蛋白原在Pt电极上的界面电化学研究

应用电化学方法和电化学原位红外反射光谱(electrochemical in-situ FTIR)等研究了纤维蛋白原在Pt电极上的界面电化学行为.结果表明:纤维蛋白原在Pt电极上的吸附使电极的析氢与氧脱附过程减弱,影响程度随扫速的增加而增强;同样纤维蛋白原的吸附会降低亚铁氰化钾-铁氰化钾电对的氧化还原反应可逆性和电流;在-0.1~0.6V(vs.SCE)扫描范围内没有出现纤维蛋白原的特征"氧化还原"峰.电化学原位红外反射光谱测试表明纤维蛋白原在0.3~0.5V(vs.SCE)间发生化学反应,有新的产物生成.     

用于丁烷选择氧化制顺酐的铈锆复合钒磷氧催化剂的研究

 在钒磷氧（VPO）催化剂中添加适量铈锆复合氧化物，得到了一\r\n种新型的铈锆复合钒磷氧催化剂．该催化剂对丁烷选择性氧化制顺酐反\r\n应的催化性能比纯VPO催化剂有了显著提高．在丁烷／空气共进料反应\r\n条件下，其顺酐收率比纯VPO催化剂提高了一倍；在无氧反应条件下，\r\n其可参与选择性氧化制顺酐的晶格氧量为纯VPO催化剂的2．2倍．BET比\r\n表面积测试、X射线衍射、钒平均价态测定和程序升温实验等表征结果\r\n表明，混合在催化剂活性相中的少量铈锆复合氧化物参与了VPO体系的\r\n氧化还原过程，并起到了以下两方面的作用：（1）促进了（VO）2P2O\r\n7相的形成，稳定了钒的平均价态，有利于最终形成晶相结构良好和反\r\n应性能稳定的VPO催化剂；（2）显著提高了VPO催化剂的氧化还原性能\r\n，大大增加了催化剂的可逆储氧量．     

K~＋－SrO－La_2O_3／ZnO催化剂上甲烷氧化偶联反应Ⅱ．催化剂碱性和氧物种的表征

Ｋ＋－ＳｒＯ－Ｌａ２Ｏ３／ＺｎＯ（ＫＳＬＺ）催化体系具有很好的催化活性．在１０７３Ｋ反应温度下，其Ｃ２产率为１８．２％，且Ｃ２选择性为６８．３％．催化剂抗潮能力明显增加，在室温下经长期放置后，催化剂活性稳定．用ＸＲＤ，ＣＯ２－ＴＰＤ和ＸＰＳ表征了ＫＳＬＺ催化剂的体相组成及表面碱性、表面组成和表面活性氧物种．在此基础上讨论了Ｌａ２Ｏ３，ＳｒＯ和Ｋ＋各组分对甲烷氧化偶联反应的作用，提出了表面碳酸盐分解生成活性氧物种的可能性．     

A growth mechanism for carbon nanotubes using metal oxides as catalysts

Metal oxides have only recently begun to be used as catalysts for the growth of carbon nanotubes. Here, we propose a new model for the growth of carbon nanotubes, based on the intra‐granular charge transfer transition and the lattice strain of the catalyst nanoparticles. This is supported by results obtained from the doped metal oxides like samarium doped zinc oxide (SmZnO) and terbium doped zinc oxide (TbZnO). The intragranular charge transfer transition is believed to be responsible for the dissociation of the hydrocarbon molecules. The lattice strain of the catalyst nanoparticles appears to be responsible for the diffusion of carbon atoms through the catalyst particles.     

甲烷部分氧化制合成气Ⅱ．镍系催化剂的反应性能

主要用第四周期金属元素的氧化物与Ａｌ２Ｏ３的复合氧化物催化剂上甲烷氧化的结果证实了催化剂设计中的预测：（１）催化剂首先应能解离活化甲烷，（２）催化剂要能较快地活化Ｏ２分子．只有同时满足这两个条件，催化剂才可能有较好的甲烷部分氧化活性．第四周期元素中只有镍具有这样的性质．Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｌａ，Ｃａ，Ｚｎ等氧化物的添加可明显提高Ｎｉ－Ａｌ２Ｏ３催化剂的甲烷部分氧化性能，其中Ｃｕ的助催化性能最好．催化剂ＮｉＯ－ＣｕＯ－Ａｌ２Ｏ３，ＮｉＯ－ＭｎＯ－Ａｌ２Ｏ３，ＮｉＯ－Ｃｒ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３的反应活性和选择性顺序，与金属Ｃｕ，Ｍｎ，Ｃｒ上ＣＯ和Ｈ２脱附的顺序是一致的     

La-Ba系氧化物催化剂用于甲烷氧化偶联

以La_2O_3为基础,碱土金属作为第二组分的二元氧化物催化剂均具有较高的生成C_2活性,特别是La-Ba-O系催化剂具有优良的甲烷氧化偶联活性和稳定性,当La/Ba原子比为2.5时,C_2收率可达20.3％。第三组分的添加有助于提高C_2选择性,特别是添加碱金属,可以抑制完全氧化反应,并提高乙烯/乙烷比。在La:Ba:Na=2.5:1:0.1的催化剂上进行了500/小时的寿命实验,在整个反应期间,催化剂的活性和选择性相当稳定。X-射线物相分析表明,新鲜催化剂除有少量的碳酸钡外,主要是氧化镧和氧化钡的混合物。500小时后的物相基本上是氧化镧和碳酸钡。使用前后催化剂的比表面积及表面La和Ba的分布均无改变。较高的CH_4/O_3比对提高C_2选择性有利,当CH_4:O_2=4:1时,C_2选择性和收率分别为65.1％和19.1％。     

加氢裂化催化剂积炭行为的研究

 用热分析技术和反应色谱等手段及催速老化法对加氢裂化催化剂的积炭行为进行了研究．结果发现：对所涉及的几种不饱和烯烃反应物而言,随着碳链长度的增长,催化剂积炭量略有降低;对直链烷烃反应物,碳链越长则催化剂积炭量越多,且分布于催化剂所有的孔内;在碳数相同的情况下,烯烃的不饱和度越大越容易积炭．     

高性能甲烷催化燃烧催化剂的制备及其在天然气催化燃烧热水器上的应用

 以镧改性的Ce-Zr-O固溶体储氧材料和钇、锆改性的氧化铝(YSZ-Al2O3)的混合物为载体,浸渍活性组分Co3O4+Fe2O3+MnO2,以蜂窝状堇青石陶瓷材料为基体,制备了甲烷催化燃烧催化剂,考察了该催化剂老化前后的活性,并将其用于强鼓式家用天然气催化燃烧热水器. 结果表明,该催化剂具有很高的活性和稳定性. 使用此催化剂的天然气催化燃烧热水器的热效率达到101.1%, 同时烟气中CO和NOx污染物的排放浓度分别为0.014%和0.003%, 该热水器具有高效节能和环境友好双重优点.     

A promising amendment for water splitters: Boosted oxygen evolution at a platinum,titanium oxide and manganese oxide hybrid catalyst

A hybrid catalyst composed of a platinum thin layer and modified with manganese oxide (MnOx) is recommended for the oxygen evolution reaction (OER). The Pt layer of the catalyst was physically sputtered onto a TiOx-coated Si substrate (this TiOx layer was sputtered inbetween the Si substrate and Pt layer to improve their adhesion and prevent their mutual diffusion). On top of the Pt layer, another thin TiOx layer (∼60 nm) was spun before the electrochemical deposition of MnOx. The investigation focused primarily to evaluate the impact of the catalyst’s annealing in oxygen atmosphere on its catalytic activity toward OER. Interestingly, before the modification with MnOx, a large catalytic enhancement both in activity (∼228 mV negative shift at 20 mA cm⁻² if compared to conventional bare Pt catalysts) and stability was achieved at the catalyst annealed at 600 °C toward OER in 0.5 M KOH. Surprisingly, the addition of MnOx to the catalyst synergized a boosted activity amplifying the negative shift to 470 mV at the same current density. Bunch of materials and electrochemical techniques were combined to reveal important remarks about the catalyst’s morphology, structure, composition and intrinsic activity which was attributed to electronic rather than geometric factors.     

甲烷在SrO-La2O3/CaO催化剂上的氧化偶联Ⅲ.动力学处理及其反应机理

动力学的比较研究发现,在20％La_2O_3/CaO(LC)催化剂中添加SrO(SLC),改变了甲烷氧化偶联的反应机制。根据前文的动力学实验结果,提出了简化的反应网络和几种反应机理,并且进行了动力学处理。结果表明,在LC催化剂上的甲烷氧化偶联满足Langmuir-Hin-shelwood机理,反应的活性氧物种为分子态吸附氧物种O_2~*,CO_x来源于[CH_3·]同气相分子氧的相互作用;而SLC催化剂的甲烷氧化偶联却满足修正的Rideal-Redox机理,反应的活性氧物种为表面氧物种O~-,CO_x由[CH_3·]同O~-的相互作用产生。     

SO2影响V2O5/AC催化剂脱硝活性的机理

通过O2和SO2瞬态响应实验,研究了有水条件下SO2抑制V2O5/AC(活性焦)催化剂脱硝的原因.结果表明,SO2与V2O5反应生成VOSO4,导致V2O5/AC催化剂的脱硝活性下降.VOSO4的量动态变化,既与气氛中SO2的浓度有关,也与催化剂已实现的脱硫量(或硫含量)有关.催化剂的微孔(d<1nm)有利于SO3的迁移和储存,从而有利于脱硝.