Co3O4/Ti电催化膜电极制备及其苯甲醇催化氧化性能

本文采用浸渍涂覆法成功制备出多孔Ti负载纳米Co₃O₄电催化膜电极（Co₃O₄/Ti）,以该膜电极为阳极,辅助电极为阴极,构建电催化膜反应器（electrocatalytic membrane reactor,ECMR）用于可控催化氧化苯甲醇制备苯甲醛和苯甲酸,并考察了 Co₃O₄/Ti 膜电极结构、电化学性能以及ECMR不同操作参数对苯甲醇转化率、苯甲醛和苯甲酸选择性的影响. 结果表明,负载Co₃O₄纳米颗粒可以显著提高Ti膜电极的电化学性能和催化活性. 在常温常压下,当反应物苯甲醇浓度为10 mmol·L^-1,pH为7.0,停留时间为5.0 min,电流密度为2.5 mA·cm^-2,苯甲醇的转化率达到49.8%,苯甲醛选择性为51.5%,苯甲酸选择性为23.6%.     

纳米氧化锰负载钛基电催化膜制备及处理含酚废水性能研究

以多孔钛膜为基膜,醋酸锰为锰源,采用溶胶凝胶法制备出负载纳米氧化锰的钛基电催化膜（nano-MnO_x/Ti膜）. 运用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安法(CV)、交流阻抗法（EIS）和计时电流法(CA)等测试手段,对MnO_x/Ti膜电极的微观形貌、晶型、电化学性能等进行表征. 结果表明：所得催化剂是由直径为50 nm的γ-MnO₂和Mn₂O₃纳米棒所组成,且均匀分布于Ti膜上,负载催化剂后钛膜电极电化学性能和催化性能明显提高,催化剂与基体之间键合的形成提高其稳定性. 以棒状nano-MnO_x/Ti膜电极为阳极构建电催化膜反应器(ECMR)处理含酚废水,当苯酚溶液浓度为10mmol·L^-1,电流密度为0.25mA·cm^-2、停留时间为15 min时,COD去除率可达95.1%.     

纳米氧化锰负载钛基电催化膜制备及处理含酚废水性能研究北大核心CSCD

以多孔钛膜为基膜,醋酸锰为锰源,采用溶胶-凝胶法制备出负载纳米氧化锰的钛基电催化膜(nano-MnO_x/Ti膜).运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)和计时电流法(CA)等测试手段,对MnO_x/Ti膜电极的微观形貌、晶型、电化学性能等进行表征.结果表明,所得催化剂是由直径为50 nm的γ-Mn O2和Mn2O3纳米棒所组成,且均匀分布于Ti膜上,负载催化剂后钛膜电极电化学性能和催化性能明显提高,催化剂与基体之间键合的形成提高其稳定性.以棒状nano-MnO_x/Ti膜电极为阳极构建电催化膜反应器(ECMR)处理含酚废水,当苯酚溶液浓度为10 mmol·L-1、电流密度为0.25 m A·cm-2、停留时间为15 min时,COD去除率可达95.1%.     

纳米氧化锰负载钛基电催化膜制备及其苯甲醇催化氧化性能

利用乳液法制备出MnO_x纳米颗粒,将其负载于微孔管式钛膜制得MnO_x负载钛基电催化膜(MnO_x/Ti).运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)等表征方法系统考察了不同焙烧温度下MnO_x晶型结构、MnO_x/Ti催化膜电化学性能以及催化氧化苯甲醇的变化规律.结果表明:随着焙烧温度的升高, MnO_x的晶型由初始的Birnessite-MnO₂逐渐转变为K_0.27MnO₂,再由Mn3O4最终转变为α-MnO₂.所得MnO_x/Ti膜中, α-MnO₂晶粒尺寸小于30 nm,结晶度较高,颗粒分布均匀.同时,由于其含有不饱和配位的锰原子和氧空位以及与基体Ti之间存在键合作用,表现出优异的电化学性能和催化性能.以450 ℃焙烧所得的α-MnO₂/Ti为阳极构建电催化膜反应器催化氧化苯甲醇.在反应温度为25 ℃, 50mmol·L^-1苯甲醇水溶液,电流密度为2 mA·cm^-2,停留时间为15 min的条件下,膜反应器苯甲醇转化率达64%,苯甲醛选择性为79%.     

溶剂热/水热法制备MnOx@rGO纳米复合材料及其氧还原催化性能

氧化还原催化剂是燃料电池和金属空气电池中影响其阴极性能的关键因素. 采用溶剂热/水热法,以氧化石墨烯（GO）,MnSO₄和KMnO₄为原料可控制备了两种锰氧化物（MnO_x）和还原氧化石墨烯（rGO）复合材料（Mn₃O₄@rGO,MnOOH@rGO）并研究了其氧还原电催化性能. 通过X射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电镜（SEM）、热重（TG）等分析测试手段表征了Mn₃O₄@rGO与MnOOH@rGO的组成结构及形貌. 结果显示,在制备过程中GO被还原为rGO,乙醇和水溶剂中分别形成Mn₃O₄纳米颗粒与MnOOH纳米棒,MnO_x均匀生长在rGO表面. 采用伏安曲线和旋转圆-环盘电极技术测试了所制备复合材料的电化学性能,并与无rGO负载的Mn₃O₄和MnOOH进行对比. 结果表明,由于MnOOH和rGO的协同作用,MnOOH@rGO在碱性体系中表现出较好的催化活性及稳定性,可作为潜在的氧还原催化剂.     

纳米氧化锡在锌-硝基苯电池反应中的电催化

以氯化锡为原料,四丙基溴化铵为表面活性剂水热法制备纳米二氧化锡（SnO₂）催化剂,并以钛网为基材,制备催化电极. 应用SEM,XRD等手段对催化剂进行表征. 考察了反应物浓度、反应温度和反应时间对催化剂形貌的影响. 研究了纳米SnO₂催化剂对锌还原硝基苯原电池反应的电催化性能. 结果表明,当 NaOH浓度为0. 5 mol•L^-1、水热反应温度160 ℃、水热反应时间15 h时,得到的SnO₂催化剂是由纳米片构成的刺球状颗粒,粒径最小,约17 nm. 与平板铂电极相比,制备的催化电极对硝基苯电还原具有更高的催化活性,硝基苯转化率为74%,最大放电功率为21.9 mW•cm^-2,远大于平板铂电极. 硝基苯的主要还原产物为苯胺、对乙氧基苯胺和对氯苯胺.     

三维多孔MnOx@In2O3立方盒子的构筑及储锌性能

锰基氧化物作为锌离子电池正极具有高比容量和低成本等优点, 但在电化学循环过程中不可逆相变、 锰的溶解和电极/电解质界面不稳定导致其在小电流密度、 深度放电条件下的循环性能差. 针对以上问题, 合成了三维(3D)多孔MnO_x立方盒子, 并在其表面包覆In₂O₃层, 获得3D多孔MnO_x@In₂O₃立方盒子. 结果显示, MnO_x@In₂O₃立方盒子具有大量孔径约10 nm左右的孔, 有利于H⁺和Zn²⁺的快速传输; In₂O₃包覆层均匀包覆于3D多孔MnO_x立方盒子的孔壁上, 有利于抑制MnO_x在电化学循环过程中的不可逆相变和锰的溶解, 稳定电极/电解质界面. 电化学测试结果表明, 该3D多孔MnO_x@In₂O₃电极在0.3 A/g的小电流密度、 深度放电条件下能稳定循环400次以上, 容量保持260 mA·h/g; 在1. 8 A/g电流密度下可稳定循环4000次以上, 容量保持81 mA·h/g; 即使在高电流密度6.0 A/g下仍保持73.4 mA·h/g的高可逆容量. 恒电流间隙滴定(GITT)和循环伏安测试结果表明, 3D多孔MnO_x@In₂O₃电极比3D多孔MnO_x具有更高的离子扩散速率, 有利于提升其高倍率容量. 电化学阻抗谱结果表明, 3D多孔MnO_x@In₂O₃电极具有比3D多孔MnO_x更稳定的电极/电解质界面, 有利于提升其循环寿命. 2000次循环后的扫描电子显微镜(SEM)结果表明, MnO_x@In₂O₃电极表面仍分布少量In₂O₃, 以确保电极/电解质界面和循环的稳定性.     

双功能2D/3D杂化结构Co2P-CeO x 异质结一体化电极的构筑及电催化尿素氧化辅助制氢性能

以泡沫镍(NF)为基底, 通过多电位阶跃电沉积和低温磷化的方法, 制备双功能的多层次二维/三维(2D/3D)杂化结构的Co₂P-CeO _x 一体化电极(Co₂P-CeO _x /NF), 并用于电催化尿素氧化辅助制氢性能研究. 结果表明, 通过3D CeO _x 纳米花与2D Co₂P纳米片之间的强界面相互作用和良好的电子协同耦合作用, 使该一体化电极具有较高的导电性、 表面活性和稳定性, 强化了电催化析氢反应(HER)和尿素氧化反应(UOR)性能. 在两电极电解池体系下进行电催化制氢的同时降解尿素, 电流密度达到30 mA/cm²时, 所需要电位为1.42 V, 比全解水所需电位降低0.17 V, 经过10 h电催化尿素的降解效率达76.4%; 综合分析表明, 2D Co₂P与3D CeO _x 多层次纳米片异质界面处电子的定向转移, 引起界面区域的局部电荷重新排布; 形成的氧空位提供配位不饱和位点, 暴露更多的活性位点, 优化反应物分子在催化剂表面的吸附能, 进而促进分子活化, 使其具有较高的催化反应活性.     

钛副族金属氧化物催化合成气转化性能的研究

将超临界法制备的钛副族纳米金属氧化物（TiO₂、ZrO₂、HfO₂）分别与ZSM-5分子筛和石英砂混合得到双功能催化剂（Ti/HZ、Zr/HZ、Hf/HZ）和金属氧化物催化剂（Ti/Si、Zr/Si、Hf/Si）。研究了金属氧化物的晶体结构、表面氧空位和合成气吸附性能对金属氧化物催化剂和双功能催化剂催化CO加氢性能的影响。结果表明,双功能催化剂可以直接催化合成气制芳烃。金属氧化物表面氧空位浓度、氧空位电子性质和金属氧化物的H/C比（CO和H₂吸附量之比）共同决定着金属氧化物表面中间体产物的种类。ZrO₂表面的碳氢氧（CH_xO^*）中间体产物有利于Zr/HZ获得芳烃高选择性（71.15%）,而TiO₂和HfO₂中的CH₃^*则导致Ti/HZ和Hf/HZ的催化产物CH₄选择性较高。     

用不同络合剂制备的Pd-Sn/C催化剂在碱性溶液中对乙醇氧化的电催化性能

采用3种不同的络合剂[柠檬酸三钠、 反式-1,2-环己二胺四乙酸·一水(C₁₄H₂₂N₂O₈·H₂O, CyDTA)和氨水]制备了3种Pd-Sn/C催化剂. 用X射线能量色散谱(EDS)、 X射线衍射谱(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征了3种催化剂的平均粒径、 形貌和组成. X射线光电子能谱(XPS)的测试结果表明, 3种催化剂表面存在Sn和SnO_x 2种状态. 电化学测试结果表明, 3种催化剂在碱性电解液中对乙醇氧化的电催化性能均优于商业化的Pd/C催化剂, 其中用CyDTA制备的Pd-Sn/C催化剂在碱性溶液中对乙醇氧化的电催化性能最好.     

改性钛基PbO2电极的制备及其对COD的快速检测

通过制备Ti/α/β-PbO₂、Ti/Ag/β-PbO₂这两种含有不同中间层的钛基二氧化铅电极来探究电催化氧化技术快速测定葡萄糖模拟废水中有机物(COD)含量的可行性。为了评估两种电极的各项性能,首先采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对电极进行形貌表征,其次进行电化学性能测试包括线性伏安曲线(LSV)、塔菲尔曲线(Tafel)、循环伏安曲线(CV)以及交流阻抗测量分析。结果表明,Ti/α/β-PbO₂电极表面晶体结构更加均匀,晶粒尺寸偏小,具有更大的电活性表面积。Ti/α/β-PbO₂电极的析氧电位为1.77 V,为·OH的产生提供良好条件。在Tafel、CV测试中,Ti/α/β-PbO₂电极的交换电流密度i₀及比电容C_p分别为0.0995 A·cm^-1、0.004098 F·cm^-1均高于Ti/Ag/β-PbO₂电极,说明Ti/α/β-PbO₂电极的耐腐蚀性以及释放电子的能力优异。最终选用Ti/α/β-PbO₂电极为工作电极。Ti/α/β-PbO₂电极检测COD的最佳条件为：氧化电位1.30 V、电解时间150 s、电解液浓度0.03 mol·L^-1 硝酸钠(NaNO₃)。电化学法与比色消解法测定COD的相关系数可达0.9909,同时具有良好的重现性与相关性,COD的检测范围为0 mg·L^-1 ~ 500 mg·L^-1。在误差允许的范围内可以替代标准的重铬酸钾法,为实现COD的在线快速检测提供参考价值。     

多价MnOx/C电催化剂用于高效氮还原反应

氨在人类的生产生活中起着重要的作用,但目前工业上合成氨广泛采用的Haber-Bosch法耗能大,且污染严重。 而N₂电还原反应(ENRR)被认为是一种有效的替代方法,由于N₂的键能较高,目前仍然缺乏高活性的催化剂。 在这里,通过简单的浸渍法和氧化还原法制备了多价态的MnO_x/C催化剂,该催化剂具有较高的氮还原反应活性(氨产率达到7.8 μg_NH3/(h·mg_cat),法拉第效率高达9.2%) 。进一步研究表明,多价态MnO_x/C催化剂具有高氮还原反应活性的主要原因是不同价态的Mn离子(Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺)之间存在协同效应。     

Cu2-MnO_x高效催化1,2,3,4-四氢喹啉氧化脱氢芳构化

采用新型无模板草酸盐路线制备了系列不同Cu含量的MnO_x催化剂(MnO_x、Cu1-MnO_x、Cu2-MnO_x、Cu3-MnO_x、Cu4-MnO_x、Cu2-450及Cu2-550),并应用于1,2,3,4-四氢喹啉(THQL)氧化脱氢芳构化。通过热重和热流分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、N2物理吸附-脱附、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、H2程序升温还原(H2-TPR)、原子吸收光谱(AAS)手段对催化剂进行表征。结果显示在这七种锰氧化物中,Cu2-MnO_x具有高比表面积、增大的介孔平均孔径、较低的还原温度、最高的Mn~(3+)含量和吸附氧含量,最高的Mn~(3+)/Mn~(4+)。Cu2-MnO_x在温和的反应条件下,以廉价的空气为氧化剂、无碱添加剂的情况下对THQL芳构化转化率和喹啉(QL)选择性分别达99.1%、97.2%。催化剂套用五次后转化率还可达95.8%,选择性随着套用次数增加略有降低,这可能是Cu元素的流失所致。催化剂无定型结构、Mn~(3+)和吸附氧含量,Mn~(3+)/Mn~(4+)、晶格氧的流动性及CuO和MnO_x的协同作用是高催化活性的关键因素。     

A novel titanium-supported nickel electrocatalyst for cyclohexanol oxidation in alkaline solutions

A novel titanium-supported nickel electrode (Ni/Ti) is fabricated by a simple hydrothermal process using hydrazine hydrate as a reduction agent. Its electrocatalytic activity towards cyclohexanol oxidation has been investigated by cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA), quasi-steady state polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Effects of various parameters such as potential scan rate and cyclohexanol concentration on the electro-oxidation of cyclohexanol are investigated. Results show that the Ni/Ti electrode behaves as an efficient catalyst for the electro-oxidation of cyclohexanol in basic media and its electrocatalytic activity towards cyclohexanol oxidation is higher than a nickel oxyhydroxide modified nickel electrode (NOMN). It is confirmed that during the anodic potential sweep the electro-oxidation of cyclohexanol follows the formation of NiOOH on the electrode surface and is then catalysed by NiOOH. The rate-determining step for cyclohexanol oxidation is the reaction between the high oxidation state nickel (Ni³⁺) and the adsorbed cyclohexanol on the surface of the Ni/Ti.     

Nd-Fe-MoO42-氰桥混配聚合物修饰铂电极的丙三醇电催化氧化

利用软模板结合电沉积法制备了一种有序化氰桥混配聚合物修饰铂电极（Nd-Fe-MoO₄^2-/Pt）,用循环伏安法研究了在该化学修饰铂电极的丙三醇电催化氧化,并重点讨论了支持电解质的H⁺和SO₄^2-浓度、丙三醇浓度、扫速等因素对丙三醇电催化氧化活性的影响. 结果表明,在弱酸性硫酸钠支持电解质中,适当量SO₄^2-的存在有助于提高Nd-Fe-MoO₄^2-/Pt电极的丙三醇电催化氧化电流;-0.2 ~ 0.3 V电位区间内,其丙三醇氧化峰电流1与循环伏安曲线扫描速率的平方根之间呈现良好的线性关系,体现了扩散控制的反应特性;Nd-Fe-MoO₄^2-/Pt电极的丙三醇电催化氧化电流密度值约为裸铂电极的4倍,而丙三醇电催化氧化反应的表观活化能相对较小,修饰电极的电催化氧化呈现了明显的协同效应,其电催化氧化活性高、电流响应快、催化稳定性好.