光电化学反应的催化II.表面覆盖针状铱层对n-TiO2电极上光电化学过程的催化作用

借助于可换盘旋转环盘电极在含Ce[3+]酸性溶液中比较了n-TiO2电极上载多孔铱层前后的竞争光氧化过程,观察到当铱以高度分散的针状多孔透光层在TiO2电极表面分布时能够催化Ce[3+]的光电化学氧化,并据此讨论了催化光电化学反应的基本前题。     

光电化学反应的催化 Ⅰ.大颗粒金岛对n-TiO_2电极上光电化学过程的催化作用

用溅射、光还原及电沉积法在n-TiO_2单晶电极表面上形成了大颗粒金岛.测量了这些电极和纯金电极在H_2SO_4溶液以及含有Fe~(3+)/Fe~(2+)的酸溶液中的光电化学极化行为.通过分析和比较这些曲线,确定了大颗粒金岛与n-TiO_2单晶的接触具有欧姆结性质.并借助于可换盘旋转环盘电极,在含Ce~(3+)的酸溶液中测量了裸TiO_2电极及载金的TiO_2电极上Ce~(3+)的竞争光电化学氧化.证实了以大岛形式在TiO_2电极表面上分布的催化剂只能催化暗反应,而不能催化光电化学反应.     

光电化学水氧化用多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列光阳极的设计和构建

光电化学电池(如染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及光电化学水分解电池)是实现太阳能转化及存储的有效手段之一.其中,光电极是光电化学电池的核心组成部分,它集光吸收、光生电荷输运及转移等决定光转化效率的关键过程于一身,因此构筑高活性半导体光电极以实现高效太阳能转化利用引起研究者广泛关注.多孔TiO2纳米颗粒堆垛薄膜光阳极因具有大的比表面积,可提供更多的染料(量子点)担载和反应活性位点,在光电化学电池中表现出优异活性而被广泛研究.然而, TiO2纳米颗粒间大量存在的晶界对光生电荷有较强的散射作用,降低了光生电荷的收集效率.英国牛津大学Snaith研究小组利用模板辅助水热过程首次获得了(001)晶面占优的多孔单晶锐钛矿TiO2微米颗粒,这种多孔单晶TiO2微米颗粒在具有大比表面积的同时,其单晶结构还能有效去除晶界对电荷的散射作用,因而具有优异的电荷输运特性.利用这种多孔单晶TiO2微米颗粒组建的光阳极用于染料敏化太阳能电池中,展现出优异的太阳能光电转化性能.受该工作启发,各种形貌的多孔单晶TiO2微米颗粒作为光催化剂和光电化学分解水用光阳极材料被广泛研究,并表现出优异活性.在单晶微米颗粒堆垛成的薄膜光电极中,虽然单个单晶微米颗粒中晶界对电荷的散射作用被有效抑制,但是单晶颗粒间的晶界仍然存在并影响光生电荷的收集效率.为了彻底抑制晶界对光生电荷的散射作用,每个单晶颗粒都应该贯穿整个薄膜,例如一维TiO2纳米棒单晶阵列薄膜.虽然一维单晶阵列薄膜能够有效提高光生电荷的收集效率,但相对于多孔薄膜具有较小的比表面积,限制了担载染料(量子点)和反应位点的数量.为了增大TiO2单晶纳米棒阵列薄膜的比表面积,目前主要的手段包括调控纳米棒长径比、表面修饰TiO2纳米颗粒以及二次生长构建TiO2枝晶阵列.本文首次提出通过制备多孔单晶TiO2纳米棒单晶阵列薄膜来获得高比表面积和高光生电荷收集效率的光阳极,提高光电化学电池的效率.在透明导电薄膜(FTO)表面利用水热生长TiO2纳米棒阵列薄膜之前,预先在FTO基体上沉积一层SiO2球密堆模板, TiO2纳米棒单晶阵列在从FTO表面向上生长过程中,会将SiO2球模板包裹进TiO2纳米棒中,再通过碱溶液将SiO2球模板溶解,首次在FTO基体上原位生长出多孔单晶TiO2纳米棒阵列薄膜.将所得多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列薄膜作为光电化学分解水电池光阳极,其光电化学分解水活性相对于实心单晶金红石TiO2纳米棒阵列提高了2.6倍.多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列光阳极性能的提升可归因于：(1)多孔结构赋予多孔单晶金红石TiO2纳米棒阵列薄膜更大的比表面积,可提供更多的反应活性位点;(2)多孔结构能够有效缩短单晶金红石TiO2纳米棒中光生电荷体相输运距离,提高光生电荷的收集效率;(3)多孔结构通过对光多次反射吸收可有效增强光吸收,产生更多光生电荷参与水分解反应;(4)在制备过程中引入Si掺杂,导致多孔单晶金红石TiO2纳米棒带隙扩大了0.1 eV,带隙增大归因于导带位置负移0.1 eV,光生电子具有更强的还原能力,光电流起始电位相应负移约0.1 V.     

光电化学反应的催化III: 溶液中钴离子及用钴修饰的n-TiO2电极的光催化行为

在溶液中加入钴(II)离子能够催化n-TiO2电极上的光电化学析氧反应,增加光电流-电压曲线的充满因子.用钴修饰的n-TiO2电极能提高光电流,并催化溶液中铈(III)的光氧化反应.本文对这两种催化反应的机理进行了讨论.     

光电化学水氧化用多孔单晶金红石TiO_2纳米棒阵列光阳极的设计和构建（英文）

光电化学电池(如染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及光电化学水分解电池)是实现太阳能转化及存储的有效手段之一.其中,光电极是光电化学电池的核心组成部分,它集光吸收、光生电荷输运及转移等决定光转化效率的关键过程于一身,因此构筑高活性半导体光电极以实现高效太阳能转化利用引起研究者广泛关注.多孔Ti O2纳米颗粒堆垛薄膜光阳极因具有大的比表面积,可提供更多的染料(量子点)担载和反应活性位点,在光电化学电池中表现出优异活性而被广泛研究.然而,TiO 2纳米颗粒间大量存在的晶界对光生电荷有较强的散射作用,降低了光生电荷的收集效率.英国牛津大学Snaith研究小组利用模板辅助水热过程首次获得了(001)晶面占优的多孔单晶锐钛矿Ti O2微米颗粒,这种多孔单晶Ti O2微米颗粒在具有大比表面积的同时,其单晶结构还能有效去除晶界对电荷的散射作用,因而具有优异的电荷输运特性.利用这种多孔单晶Ti O2微米颗粒组建的光阳极用于染料敏化太阳能电池中,展现出优异的太阳能光电转化性能.受该工作启发,各种形貌的多孔单晶Ti O2微米颗粒作为光催化剂和光电化学分解水用光阳极材料被广泛研究,并表现出优异活性.在单晶微米颗粒堆垛成的薄膜光电极中,虽然单个单晶微米颗粒中晶界对电荷的散射作用被有效抑制,但是单晶颗粒间的晶界仍然存在并影响光生电荷的收集效率.为了彻底抑制晶界对光生电荷的散射作用,每个单晶颗粒都应该贯穿整个薄膜,例如一维Ti O2纳米棒单晶阵列薄膜.虽然一维单晶阵列薄膜能够有效提高光生电荷的收集效率,但相对于多孔薄膜具有较小的比表面积,限制了担载染料(量子点)和反应位点的数量.为了增大TiO 2单晶纳米棒阵列薄膜的比表面积,目前主要的手段包括调控纳米棒长径比、表面修饰Ti O2纳米颗粒以及二次生长构建Ti O2枝晶阵列.本文首次提出通过制备多孔单晶Ti O2纳米棒单晶阵列薄膜来获得高比表面积和高光生电荷收集效率的光阳极,提高光电化学电池的效率.在透明导电薄膜(FTO)表面利用水热生长Ti O2纳米棒阵列薄膜之前,预先在FTO基体上沉积一层Si O2球密堆模板,Ti O2纳米棒单晶阵列在从FTO表面向上生长过程中,会将SiO 2球模板包裹进Ti O2纳米棒中,再通过碱溶液将Si O2球模板溶解,首次在FTO基体上原位生长出多孔单晶Ti O2纳米棒阵列薄膜.将所得多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列薄膜作为光电化学分解水电池光阳极,其光电化学分解水活性相对于实心单晶金红石Ti O2纳米棒阵列提高了2.6倍.多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列光阳极性能的提升可归因于:(1)多孔结构赋予多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列薄膜更大的比表面积,可提供更多的反应活性位点;(2)多孔结构能够有效缩短单晶金红石Ti O2纳米棒中光生电荷体相输运距离,提高光生电荷的收集效率;(3)多孔结构通过对光多次反射吸收可有效增强光吸收,产生更多光生电荷参与水分解反应;(4)在制备过程中引入Si掺杂,导致多孔单晶金红石Ti O2纳米棒带隙扩大了0.1 e V,带隙增大归因于导带位置负移0.1 e V,光生电子具有更强的还原能力,光电流起始电位相应负移约0.1 V.     

Na2CO3对TiO2纳米管电极表面光电化学水分解反应的催化作用研究

光生载流子在半导体/溶液界面处发生的表面复合过程,是制约半导体光电极体系光-电转化效率提高的关键因素之一.本文利用光电流测量和交流阻抗等技术,初步研究了Na2CO3对TiO2纳米管电极表面光电化学水分解反应的催化作用,并对"TiO2/溶液"界面处与阳极析氧有关的光生电荷传输过程及特点进行了探讨.结果表明,在0.5 mol.L-1NaClO4溶液中加入少量的Na2CO3(1mmol.L-1),能够显著促进光生空穴穿过TiO2/溶液界面向溶液中的传输,有效地抑制光生载流子的表面复合过程,从而相应地增大了外电路的光电流,并使TiO2光电极体系的光-电转化效率得到提高.     

Fe2O3/TiO2纳米管的制备及其光电催化降解染料废水性能

采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了Fe2O3改性TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2-NTs)电极,运用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行了表征,考察了其光电化学性能,并研究了复合电极光电催化降解甲基橙染料废水的反应性能.结果表明,Fe2O3的负载成功地将TiO2-NTs的光响应区间拓宽到可见光区域,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极的光电流密度达到TiO2-NTs电极的3倍.在光电催化反应中,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极对甲基橙的脱色效果明显优于TiO2-NTs电极,以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极,光照5min,甲基橙溶液的脱色率可达90%以上.     

二乙腈基二硫纶在金电极上的自组装及其对抗坏血酸的电化学行为研究

将Na2[Ni(mnt)2](mnt=丁二腈烯二硫醇阴离子)自组装到裸金电极表面,制成mnt-SAM/Au修饰电极,并用电化学方法研究了该修饰电极的电化学性质。实验结果表明,mnt-SAM膜对[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-有一定的排斥作用,而对[Co(phen)3]2+/[Co(phen)3]3+有一定吸引作用。研究了抗坏血酸(AA)在自组装膜修饰金电极上的电化学氧化行为,考察了溶液pH、扫描速率的影响,结果表明该膜对AA的氧化具有催化作用。在最佳条件下,峰电流与AA的浓度在5.0×10-6~1.3×10-3mol·L-1范围内呈良好的线性关系,相关系数为-0.9987,检测限为1.0×10-6 mol·L-1。     

二氧化钛和三氧化二铁复合纳米晶电极的光电化学性质

研究了以不同方式相互修饰的Fe2 O3和TiO2 纳米晶电极的光电化学行为 (包括离子的相互掺杂 ) .在不同的入射光波长下 ,瞬态光电流谱显示Ti4 掺杂的Fe2 O3电极呈现n型半导体的特性(阳极光电流 ) ;以不同方式经Fe2 O3包覆的TiO2 电极由于能级的不匹配 ,在整个的波长测量范围内没有光响应 ;而对Fe3 离子掺杂的TiO2 电极和经TiO2 修饰 (包覆或偶联 )的Fe2 O3纳米晶电极则呈现出p n共存特性 ,甚至个别的电极表现出纯粹的p型半导体的特性 .这些现象可以从p型微区的形成得到解释 .     

n型碲化镉单晶光电化学电池的研究II:金属离子修饰与光电化学催化

n-CdTe单晶表面用H2PtCl6或RuCl3溶液浸渍,显著提高了电池的效率及稳定性.除选择金属离子种类外,电极预处理及浸渍时间对修饰作用也有很大影响.固体表面分析表明,在PtCl6^2^-溶液中短时间浸渍的电极表面上有大量铂岛,能减少表面缺陷并催化界面反应.在RuCl3溶液中浸渍,将可使Ru^3^+离子吸附于电极表面,有利于光电化学反应.PdCl2溶液浸渍或长时间PtCl6^2^-溶液处理均得到不利的结果.     

The catalysis of photoelectrochemical reactions: I. The catalytic action of large gold islands on photoelectrochemical reactions at n-TiO2 electrode

Large gold islands were deposited on n-TiO₂ single crystal electrode by sputtering, photo-reduction and electrodeposition. Photoelectrochemical behaviors of Au-coated semiconductor electrode and pure Au electrode were measured in H₂SO₄ solution and acidic solution containing Fe^2+/3+. From the analysis of these polarization curves it was found that the contact between gold particles and semiconductor surface is mainly ohmic in nature. The catalytic behaviors of gold islands on the competitive photo-oxidation of Ce³⁺ and water were studied by using the RRDE with interchangeable disc. It was proved that gold particles in the form of large islands could only catalyse dark (electrochemical) reaction, but not the photo-electrochemical reaction.     

光电化学反应的催化

本文主要按照催化剂与半导体电极二者之间所形成的结的性质, 分析了催化剂对电极表面上进行的光电化学反应可能具有的效应。分析结果表明, 催化光电化学反应(光生少数载流子的反应)的前提是催化剂微粒与“半导体/溶液”界面之间有足够强的相互作用, 因而在光照下催化剂粒子中电子系统的费米能级能达到或趋近光生少数载流子的准费米能级。文中并采用带环的可换旋转园盘电极研究了Au、Ir等金属微粒对在n-TiO_2单晶电极上进行的Ce~(3+)—→Ce~(4+)等光电化学反应的催化机理, 证实了上述分析结果。     

用NMR法研究几种不对称双烃基硫桥六羰基二铁的异构化动力学

本文用常规核磁共振方法研究了(苄基硫)(烃基硫)六羰基二铁(烃基为甲基、乙基)和动态核磁共振方法研究了(苄基硫)(叔丁基硫)六羰基二铁的异构化反应动力学, 提出了可能的反应机理, 讨论了影响反应速率的因素.     

Porous Fe3O4 nanoparticles: synthesis and application in catalyzing epoxidation of styrene

A facile route was employed to synthesize porous magnetite via reaction of FeCl(3)·6H(2)O with N(2)H(4)·H(2)O in ethylene glycol without any structure-directing agent. The resultant Fe(3)O(4) particles were characterized by transmission electron microscopy, N(2) adsorption, X-ray photoelectron spectroscopy, and thermal gravimetric analysis. It was demonstrated that the particle size varied in the range of 40-220 nm, and the pore size of particles was centered around 2 nm. The gases produced in the formation process of the particles played key role in the formation of the porous structure. The obtained porous magnetite was used as support to immobilize Au nanoparticles with size less than 2 nm with the assistance of L-cysteine. The as-prepared Fe(3)O(4) particles can effectively catalyze epoxidation of styrene, and the immobilization of Au nanoparticles on the Fe(3)O(4) support significantly improved the activity of the catalyst.     

Investigations on the kinetics of electron transfer reactions in magnetic fields

There is a controversial debate if a magnetic field can influence the rate of electron transfer (ET) reactions. In this paper, we report kinetic measurements of the ET rate constants for the redox couples [IrCl6]2-/[IrCl6]3-, [Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-, and [Fe(H2O)6]3+/[Fe(H2O)6]2+ in magnetic fields up to 1 T. To reduce effects arising from magnetically induced mass transport (magnetohydrodynamic effect), disk microelectrodes with a diameter of 50 microm were used in potentiodynamic (cyclic and linear sweep voltammetry) and in electrochemical impedance spectroscopy experiments. None of the investigated redox couples showed a magnetic field effect on the ET rate constant.     

A theoretical analysis and its application of the second order EC'''' reactions at microelectrodes under steady-state conditions

With a new approach,the general current expressions of two typical second ordercatalytic reactions are obtained for disk,hemispherical and spherical microelectrodes understeady-state conditions.This approach is based on the concept of reaction layer.For thesecond order EC' reactions,we also discussed how it is possible to observe pseudo-first orderor second order behavior.This consideration allows the study of the fast chemical reactionsand systems where the bulk concentrations of the reactants are nearly equal.Regenerationof Fe~(3+)(EDTA) with H_2O_2 was selected as an example of a rapid catalytic reaction.     

焙烧温度对Au/Fe2O3选择性氧化富氢气体中CO催化性能的影响

甲醇重整在线制氢作为质子交换膜燃料电池的燃料成为当前研究的热点。受重整反应动力学及热力学的限制，使得甲醇重整气(富氢气体)中除含有大量的氢气外还含有少量的CO，CO极易吸附在燃料电池阳极催化剂表面，使电池性能下降，因而必须去除重整气中的CO，选择性氧化脱除富氢气