电沉积多孔复合Ni-P/LaNi5电极及其析氢电催化性能

采用复合电沉积制备了Ni-P/(LaNi₅+Al) 复合镀层, 然后将镀层浸泡在浓碱液中除铝, 成功得到多孔复合Ni-P/LaNi₅电极. 通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)仪等技术表征了电极的表面形貌、组成和相结构. 运用电化学线性伏安扫描(LSV)、恒电位电解、电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了电极在20%(w) NaOH溶液中的析氢反应(HER)电催化性和稳定性. 结果表明, 与多孔Ni-P 电极相比, 多孔复合Ni-P/LaNi₅电极具有低的析氢过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 多孔Ni-P/LaNi₅电极的析氢反应的表观活化自由能为35.44 kJ·mol^-1, 低于多孔Ni-P 的值(50.91 kJ·mol^-1).     

碳纳米管/SnO2复合电极的制备及其电催化性能研究

采用液相沉积法制备碳纳米管(CNTs)/SnO₂复合材料, 并制备成电极, 分别与石墨/SnO₂及活性炭/SnO₂复合电极比较, 考察电催化降解有机废水的性能. 由于CNTs高的比表面积及优良的导电性能, 结合SnO₂良好的催化活性, CNTs/SnO₂复合电极电催化降解有机废水性能优越. 研究发现, CNTs的预处理情况、SnO₂负载量以及煅烧温度对复合电极的电催化性能有重要影响. 当功能化CNTs负载40% SnO₂, 煅烧温度600 ℃时, 所得CNTs/SnO₂复合电极电催化降解有机废水的能力是纯CNTs电极的2倍. 最后, 初步探讨了CNTs/SnO₂复合电极电催化降解有机废水的机理.     

La1－xSrxNi1－yFeyO3型钙钛矿双功能氧电极的电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了一系列La_1－xSr_xNi_1－yFe_yO₃ (x＝0, 0.1, 0.2, 0.5; y＝0～1.0)型的钙钛矿催化剂, 以活性碳为载体, PTFE乳液为粘接剂制备双功能氧电极. 对催化剂进行了XRD结构分析以及SEM分析和BET比表面积测量. 采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析. 通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理. 实验表明对于LaNiO₃化合物, B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能; 电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成. 通过各个电极对于催化分解H₂O₂的分解速率常数的测定得知, Ni离子对于催化H₂O₂分解反应的活性大于Fe离子, 继续在对于氧还原反应和氧析出反应都具有较高电催化活性的LaNi_0.8Fe_0.2O₃催化剂上进行A位掺杂Sr离子后显著提高了催化剂分解H₂O₂的催化活性, 主要是因为氧空位的增多和金属离子d电子含量的降低有利于催化分解H₂O₂的活性的提高, 但由于氧空位的增多导致催化剂电导率的降低, 所以其电催化活性降低了. 通过多圈循环伏安扫描的测试, 催化剂LaNi_0.8Fe_0.2O₃有很好的稳定性.     

Ni/NiCo2O4电极的制备及其析氧反应性能

采用溶胶-凝胶法制备NiCo₂O₄尖晶石粉体, 然后以多孔Ni 为基体, 通过复合溶胶涂覆结合烧结制备Ni/NiCo₂O₄ 涂层电极. 运用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和X 射线衍射(XRD)表征粉体以及Ni/NiCo₂O₄涂层电极的组成和结构. 采用循环伏安(CV), 稳态极化(LSV), 电化学阻抗谱(EIS), 恒电位阶跃以及恒电位长时间电解研究涂层电极在5 mol·L^-1 KOH溶液中的电催化析氧反应(OER). 结果表明: Ni/NiCo₂O₄涂层电极与多孔Ni 电极对比, 具有低的析氧过电位、高的比表面积和高的稳定性能; 其中比表面积增大了28.69倍,表观活化能在不同过电位分别降低了166.78和162.15 kJ·mol^-1.     

纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N₂吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安（LSV）曲线、交流阻抗（EIS）谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明：在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

热处理对La4MgNi19储氢电极合金结构和性能的影响

以感应熔炼和不同的热处理工艺制备了La₄MgNi₁₉合金, 用X射线衍射(XRD)和电化学测试系统研究了该合金的相结构和电化学性能. 结构分析表明: 当热处理工艺为900 °C+水淬时, 合金主要由CaCu₅结构的LaNi₅相和少量未知相组成; 当热处理工艺为900 °C退火时, 合金主要由Pr₅Co₁₉、Ce₅Co₉结构的(La, Mg)₅Ni₁₉相及少量CaCu₅结构的LaNi₅相组成. 淬火和退火后合金的电化学循环稳定性(S₁₀₀)分别为49.7%及76.0%, 合金电极的电化学性能和相结构密切相关. 退火热处理有利于生成Pr₅Co₁₉、Ce₅Co₉型相. 在La-Mg-Ni 系储氢合金中, La₄MgNi₁₉合金电化学循环稳定性不及La₃MgNi₁₄合金.     

La1－xSrxNi1－yFeyO3型钙钛矿双功能氧电极的电化学性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了一系列La_1－xSr_xNi_1－yFe_yO₃ (x＝0, 0.1, 0.2, 0.5; y＝0～1.0)型的钙钛矿催化剂, 以活性碳为载体, PTFE乳液为粘接剂制备双功能氧电极. 对催化剂进行了XRD结构分析以及SEM分析和BET比表面积测量. 采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析. 通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理. 实验表明对于LaNiO₃化合物, B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能; 电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成. 通过各个电极对于催化分解H₂O₂的分解速率常数的测定得知, Ni离子对于催化H₂O₂分解反应的活性大于Fe离子, 继续在对于氧还原反应和氧析出反应都具有较高电催化活性的LaNi_0.8Fe_0.2O₃催化剂上进行A位掺杂Sr离子后显著提高了催化剂分解H₂O₂的催化活性, 主要是因为氧空位的增多和金属离子d电子含量的降低有利于催化分解H₂O₂的活性的提高, 但由于氧空位的增多导致催化剂电导率的降低, 所以其电催化活性降低了. 通过多圈循环伏安扫描的测试, 催化剂LaNi_0.8Fe_0.2O₃有很好的稳定性.     

“三明治式”多层Au/Pt复合薄膜的制备及其对甲醇的电氧化

采用界面组装、欠电位沉积和氧化还原置换反应组合方法制备了单层Pt/Au复合薄膜, 并且不需要任何有机偶联剂; 组装单层Pt/Au复合薄膜为三类多层Pt/Au复合薄膜: (Pt/Au)_n、Pt_m/Au和(Pt₃/Au)_k (n、m和k分别为Pt/Au、Pt和Pt₃/Au的层数). 采用电子显微镜研究了Au纳米粒子单层膜和Pt/Au复合多层膜的形貌. 对于所有的多层膜电极而言, 其电化学活性面积随着层数的增加而增加. 通过研究甲醇在每一类Pt/Au复合薄膜上的氧化电流密度, 考察了其对甲醇的电催化和抗毒化性能. 对于同一类复合薄膜而言, 甲醇分别在(Pt/Au)₃、Pt₃/Au和(Pt₃/Au)₂电极上均具有最大的氧化电流密度, 且优于本体Pt电极. 在这三种电极中, (Pt/Au)₃电极无论从电流密度上还是从抗毒化能力上讲, 其性能是最好的, 而且其抗毒化能力也优于商业Pt/C催化剂. 这种良好的催化性能源于Au和Pt之间最大化的协同效应, 这取决于Pt和Au原子比率以及Pt纳米层和Au纳米层之间的排布方式.     

金属卟啉与Keggin型硅钨酸修饰电极的制备及电催化性能测定

运用自组装和电化学组装联用方法,将镍卟啉配合物THPPNi和Keggin型硅钨酸SiW₁₂修饰到玻碳电极上,制备镍卟啉修饰电极和镍卟啉/硅钨酸复合修饰电极,研究其在DMF溶液中的电化学行为,测定在碱性条件下对NO₂^-和BrO₃^-的电催化性能。循环伏安和交流阻抗研究结果表明,复合修饰电极THPPNi/SiW₁₂的电极过程属于扩散控制过程;复合修饰电极优于单一修饰金属卟啉和多酸修饰电极。     

贵金属掺杂Ti/TiO2电极的制备及其电催化性能研究

采用阳极氧化-阴极电沉积两步法: 先在钛基体上用阳极氧化法制备多孔TiO₂薄膜, 接着在这层多孔状薄膜上采用阴极电沉积方法掺杂Pt, Ir来制备Ti/TiO₂-Pt修饰电极和Ti/TiO₂-Ir修饰电极. 用XRD, SEM分析了掺杂前后的成分、相结构及表面形貌的变化, 结果表明: Pt优先沉积在TiO₂多孔中; 与Pt不同, Ir没有表现出在TiO₂孔中优先沉积的现象, 出现这种现象的原因是这两种贵金属的电沉积电位相对于n-TiO₂的平带电位不同. 使用SIMS分析了在Ti/TiO₂-(Pt/Ir)修饰电极中Ti, Pt, Ir的浓度分布, 大致算出TiO₂薄膜厚度为750 nm左右. 由极化曲线和阻抗谱结果得出: 掺杂Pt, Ir明显改善了Ti/TiO₂ 电极的电催化性能, 且随着Pt沉积时间的增长, 修饰电极在硫酸析氧反应中的电催化活性提高.     

水相锌二次电池正极材料V2O5/C的电化学性能研究

采用溶胶－凝胶法合成了一种V₂O₅/C复合材料.扫描电镜（SEM）和红外光谱（FTIR）分析表明,这是一种外层V₂O₅胶体包覆内层乙炔分子的多孔复合材料.以V₂O₅/C作正极,锌片为负极,Zn(ClO₄)₂溶液为电解质组成水相锌二次电池,采用循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法研究发现:V₂O₅:C质量比为1:1时电极具有最好的电化学性能,电池开路电压达1.64 V; Zn^2＋能分别在1.01 V和1.26 V处分步嵌入V₂O₅/C结构中A、B两种位置,其嵌入电流密度峰值最高可达70 mA•g^－1,并且具有较好的循环充放电性能;在一定放电深度下,V₂O₅/C电极反应速率受Zn^2＋的扩散过程控制.     

聚苯胺/聚砜复合材料的制备及其超级电容性能

通过化学聚合法,制备出盐酸掺杂聚苯胺（PANI）,将其与聚砜（PSF）溶液混合,定量滴加到玻碳电极上制得PANI/PSF复合膜电极。 采用扫描电子显微镜、红外光谱以及X射线衍射对其结构和形貌进行表征。 根据循环伏安曲线、恒电流充放电曲线和电化学阻抗,研究了其作为电极的超级电容性能。 结果表明,多孔结构的PANI/PSF复合材料具有良好的电容性能,其比电容可达到497 F/g,并且该超级电容器具有较小的内阻和较好的循环稳定性。     

Facile preparation and enhanced capacitance of the polyaniline/sodium alginate nanofiber network for supercapacitors

A porous and mat-like polyaniline/sodium alginate (PANI/SA) composite with excellent electrochemical properties was polymerized in an aqueous solution with sodium sulfate as a template. Ultraviolet-visible spectra, X-ray diffraction pattern, and Fourier transform infrared spectra were employed to characterize the PANI/SA composite, indicating that the PANI/SA composite was successfully prepared. The PANI/SA nanofibers with uniform diameters from 50 to 100 nm can be observed on scanning electron microscopy. Cyclic voltammetry and galvanostatic charge/discharge tests were carried out to investigate the electrochemical properties. The PANI/SA nanostructure electrode exhibits an excellent specific capacitance as high as 2093 F g(-1), long cycle life, and fast reflect of oxidation/reduction on high current changes. The remarkable electrochemical characteristic is attributed to the nanostructured electrode materials, which generates a high electrode/electrolyte contact area and short path lengths for electronic transport and electrolyte ion. The approach is simple and can be easily extended to fabricate nanostructural composites for supercapacitor electrode materials.     

多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极的制备及电容特性

用电化学方法制备了一种多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极。 在不锈钢基体上以聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）在水溶液中形成的液晶作掩膜,通过电化学腐蚀制备了多孔基体电极,用恒电位方法在基体上沉积二氧化锰薄膜。 用扫描电子显微镜对二氧化锰薄膜电极形貌进行了考察,循环伏安法和充放电曲线法测试了二氧化锰薄膜电极的电容。 结果表明,腐蚀后的不锈钢基体呈现多孔特征,孔分布无规律,孔径大小从几十纳米到几百纳米不等,沉积的二氧化锰呈颗粒状,直径为80~90 nm。 扫描速率为20 mV/s,沉积电量0.4 C/cm2时,循环伏安法测得的二氧化锰薄膜电极的质量比电容达400 F/g;沉积电量4~5 C/cm2时,面积比电容达到320 ×10-3 F/cm2,此时的质量比电容仍保持在200 F/g左右。 实验结果表明,多孔不锈钢基二氧化锰薄膜电极在超级电容器领域有潜在的应用前景。     

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。     

Electrocatalytic evolution of hydrogen on porous alumina/gelcast-derived nano-carbon network composite electrode

We presented a way to fabricate new porous alumina/gelcast-derived nano-carbon network (NCN) composite electrode using gelcasting and reduction-sintering method. The morphology, crystalline phases, and nanostructure of the alumina/NCN electrode were characterized. The electrocatalytic activity of this elelctrode toward hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline solutions was investigated. The electrocatalytic activity analyzed by cyclic voltammetry exhibited the onset potential for HER shifted in the positive direction favoring hydrogen generation with lower overpotential on the porous electrode, compared with pure carbon electrode. This behavior was attributed to the high porosity and electrochemical surface area as well as the nanostructure of the electrode that was pyrolyzed nano-carbon networks introduced into the alumina ceramic matrix, which can greatly enhance the electrode electrocatalytic activity toward HER. The associated kinetic parameters of HER were systematically investigated using electrochemical impedance spectroscopy.     

Sol-gel-derived carbon ceramic electrode containing 9,10-phenanthrenequinone, and its electrocatalytic activity toward iodate

9,10-Phenanthrenequinone (PQ) supported on graphite powder by adsorption was dispersed in propyltrimethoxysilane-derived gels to yield a conductive composite which was used as electrode material to fabricate a PQ-modified carbon ceramic electrode. In this configuration, PQ acts as a catalyst, graphite powder guarantees conductivity by percolation, the silicate provides a rigid porous backbone, and the propyl groups endow hydrophobicity and thus limit the wetting region of the modified electrode. Square-wave voltammetry was exploited to investigate the pH-dependent electrochemical behavior of the composite electrode and an almost Nernstian response was obtained from pH 0.42 to 6.84. Because the chemically modified electrode can electrocatalyze the reduction of iodate in acidic aqueous solution (pH 2.45), it was used as an amperometric sensor for the determination of iodate in table salt. The advantages of the electrode are that it can be polished in the event of surface fouling, it is simple to prepare, has excellent chemical and mechanical stability, and the reproducibility of surface-renewal is good.     

Introducing hydrophilic carbon nanoparticles into hydrophilic sol-gel film electrodes

A hydrophilic carbon nanoparticle–sol-gel electrode with good electrical conductivity within the sol-gel matrix is prepared. Sulfonated carbon nanoparticles with high hydrophilicity and of 10–20 nm diameter (Emperor 2000) are co-deposited onto tin-doped indium oxide substrates employing a sol-gel technique. The resulting carbon nanoparticle-sol-gel composite electrodes are characterized as a function of composition and salt (KCl) additive. Scanning electron microscopy and voltammetry in the absence and in the presence of a solution redox system suggest that the composite electrode films can be made electrically conducting and highly porous to promote electron transport and transfer. The effect of the presence of hydrophilic carbon nanoparticles is explored for the following processes: (1) double layer charging, (2) diffusion and adsorption of the electrochemically reversible solution redox system 1,1′-ferrocenedimethanol, (3) electron transfer to the electrochemically irreversible redox system hydrogen peroxide, and (4) electron transfer to the redox liquid tert-butylferrocene deposited into the porous composite electrode film. The extended electrochemically active hydrophilic surface area is beneficial in particular for surface sensitive processes (1) and (3), and it provides an extended solid|organic liquid|aqueous solution boundary for reaction (4). The carbon nanoparticle–sol-gel composite electrodes are optimized to provide good electrical conductivity and to remain stable during electrochemical investigation.     

Electrochemical degradation of bromophenol blue on porous PbO2–ZrO2 composite electrodes

Research on Chemical Intermediates - The electrochemical performance of porous PbO2–ZrO2 composite electrode was studied with bromophenol blue (BPB) as the simulated pollutant. In the process...