氯离子对苯酚电化学氧化降解过程的影响

本文用Ti/SnO2-Sb2O5/PbO2和Ti/Ru-Ti-Sn氧化物涂层阳极研究了氯离子对苯酚电化学氧化降解过程的影响. 结果表明,在电解液中加入氯离子能提高苯酚的去除效率并完全降解. 在无氯离子存在下,有机物电化学降解主要以直接电氧化方式进行;在氯离子存在下,不仅可发生间接电化学氧化,而且也同时发生直接电氧化. 对于析氯阳极体系,如Ti/Ru-Ti-Sn阳极,主要发生有机物的间接电氧化;对于高氧超阳极体系,如Ti/PbO2阳极,有机物的间接电氧化和直接电氧化可能同时发生. 氯离子对于有机物的间接电氧化起到类似催化剂的作用,这种催化作用主要是由于氯离子在有机物氧化过程中阳极表面层和溶液本体电生成了Cl-/活性氯的氧化还原媒介.     

阳极电沉积Ti/MnO2电极及其苯酚降解的电催化性能

应用阳极电沉积法制备钛基二氧化锰(Ti/MnO2)电极. 采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱（EDS）表征电极结构形貌. 用V~logi及苯酚降解实验优化电极制备工艺参数：在电流密度4 mA•cm-2、Mn2+离子浓度0.5 mol•L-1及温度70 ℃条件下阳极电沉积Ti/MnO2电极. 以苯酚为目标有机物,评价该电极电催化氧化性能,降解7h降解效率达49.6%.     

掺硼金刚石电极电催化氧化酚类有机物的取代基效应

本文主要以当前水环境中存在酚类有机污染物为研究对象,探讨酚类有机污染物在掺硼金刚石(BDD)电极上的取代基效应,具体研究具有不同位置及种类官能团的取代酚类有机污染物在BDD电极上的电催化氧化过程,通过化学需氧量和浓度变化考察有机污染物在电催化降解过程中的降解趋势,深入分析电极种类、官能团位置与种类与电催化氧化活性之间的联系的同时,研究阳极材料电催化氧化有机污染物的机理及动力学。结果表明,有机物在电极表面的电催化过程以电产生羟基自由基为媒介,对苯二酚在不同电极上的电催化活性与电极析氧电位及表面产生羟基自由基量有着重要的联系,BDD电极拥有最强的电催化氧化活性;不同取代基团的对位取代酚在BDD电极上的电化学降解实验显示电催化反应速率受取代官能团自身的电子效应制约,有机物矿化过程中羟基自由基首先进攻苯环的对位发生取代反应,同时取代基脱离苯环过程成为整个取代酚类电化学降解过程的决速步骤,且有机物的电催化反应速率与取代基特征Hammett常数σ呈近似线性关系。     

应用媒质的间接电有机合成

当用直接电解法合成有机物而效率不高时,可考虑通过媒质进行间接电合成,使媒质与有机物先进行反应,然后通过电极反应使煤质再生。媒质包括金属离子的氧化还原电对、非金属离子或含氧酸根的氧化还原电对、有机胺、硫醚以及某些金属有机化合物等。美、日等已用间接法合成多种有机物并实现了工业规模的生产。我们正选一些易于工业化的课题,从基础研究入手并使之及早取代现有的某些污染严重、能耗过大的经典有机合成。     

两类不同阳极电氧化过程中的失活现象及氧化机制

利用电化学测试技术分析了两类不同阳极在电氧化降解对氯苯酚过程中的失活现象及氧化机制. 结果表明, 对氯苯酚在“I”类阳极Pt和“II”类阳极含氟树酯(polytetrafluoroethylene, PTFE)的β-PbO2 (PTFE-β-PbO2)上可发生直接氧化反应, 且两者的电催化活性均会在短时间内失活. 高电位电解能使失活的PTFE-β-PbO2和Pt得到再生, 但Pt电极需要更高的电解电位. 常见有机溶剂(如丙酮、四氢呋喃、二甲基亚砜)的浸洗可以再生失活的Pt电极, 但不能再生PTFE-β-PbO2电极. 对于“I”类阳极Pt, 当阳极电位大于2.0 V时, 除对氯苯酚的直接氧化反应外, 晶格氧的氧化作用成为整个降解过程的主导因素; 而对“II”类阳极PTFE-β-PbO2, 当阳极电位大于1.8 V时, 除直接氧化反应外, 羟基自由基的降解反应成为对氯苯酚去除的主要原因.     

钯基氧还原反应电极的构筑及其在水处理领域的研究进展

发展氧气还原反应(ORR)的二电子高效电催化剂一直是燃料电池领域的研究热点,但针对具有二电子还原特征且可应用于水处理领域电极材料的研究还处在起步阶段。本综述介绍了近年来二电子还原特征的贵金属电极材料及其在电催化处理水中污染物的研究进展。在Fe~(2+)存在下,Pd基电极材料催化氧气还原合成H_2O_2,间接催化氧化水中有机污染物,实现有机物的矿化降解和水质的净化;Pd基电极催化还原水中有机污染物、无机盐等,将其转化为低毒性、易处理产物并彻底去除;Pd基催化电极的高效电子传导性能增强了水中重金属离子的氧化/还原转化,实现重金属去除。本综述展望了纳米电极材料在水处理应用的机遇与发展方向。     

直接硼氢化物燃料电池（DBFC）阳极材料及反应机理*

以碱金属硼氢化物为燃料的直接硼氢化物燃料电池（DBFC）,是一种有发展潜力的移动电源。DBFC阳极过程是一个复杂的H^--H0*-H⁺之间价态转化的电极反应体系,涉及BH₄^-的电氧化反应、BH₄^-的水解释氢反应与氢的电氧化反应,该过程不仅与电极材料有关,也与反应条件有关。研发能有效抑制释氢的廉价阳极催化材料,是DBFC实用化的关键。因此,本文对近年来报道的DBFC阳极催化材料、以及BH₄^-在不同阳极材料上的电化学氧化反应机理进行了综述,并归纳出需要深入研究的主要问题。     

微生物燃料电池的产电机制

微生物燃料电池(MFC)利用微生物作催化剂直接从可降解有机物中提取电能,它具有废弃物处置与产电双重功效,是未来理想的产电方式和有机废弃物资源化处置工艺.当前MFC技术的主要限制因素是电池输出功率低.MFC产电机制的研究是深入掌握电池工作状态、改善电池构造、优化电极材料从而提高输出功率的理论基础.本文将MFC产电机制分为5个步骤,即底物生物氧化、阳极还原、外电路电子传输、质子迁移、阴极反应,对其进行了详细评述,并提出了产电机制的发展趋势与今后的研究思路.     

对甲基苯酚在不同催化剂电极上的电氧化

在无隔膜电解槽中, 利用线性伏安法和恒电流电解法研究了Ti/PbO2、石墨和Pt电极对于对甲基苯酚电氧化的催化活性, 通过电解前后溶液中对甲基苯酚及其氧化中间产物的液相色谱测定, 比较了对甲基苯酚在3种电极上的转化和降解速度, 并讨论了对甲基苯酚电氧化降解的历程和速控步骤. 研究结果表明, Ti/PbO2电极能有效地催化氧化水溶液中的对甲基苯酚, 并将其彻底去除, 电极活性较高; 石墨电极也能够催化氧化水溶液中的对甲基苯酚, 但效果较差; Pt电极在3.0 h的电解时间内, 只能将对甲基苯酚转化成对苯二酚, 而不能将其完全矿化. 对甲基苯酚电氧化降解需要经过对羟基苯甲醇→对羟基苯甲醛→对羟基苯甲酸→对苯二酚→对苯醌→顺丁烯二酸→草酸, 最终生成二氧化碳和水的历程. 当以Ti/PbO2作阳极时, 对苯二酚转化为对苯醌和顺丁烯二酸转化为草酸两步反应为较慢的速控步骤; 当以石墨作为阳极时, 对苯二酚转化为对苯醌的反应为速控步骤.     

Mn(Ⅱ)在铅电极上的超声电氧化

苯甲醛电合成法大多是将媒质Ｍｎ(Ⅱ )在电解槽中电氧化为Ｍｎ(Ⅲ ) ,再利用Ｍｎ(Ⅲ )在化学反应器中氧化甲苯成苯甲醛[1 ] 。其中电氧化时用的阳极材料多为铅电极或复合电极[2 ,3] 。王岚等[4] 、林祥钦等[5] 报道了复合电极具有可提高氧的过电位 ,降低界面电阻 ,阻止基体氧化 ,改善电极催化活性和反应的选择性等作用。但它也存在制备繁琐、镀层易脱落、使用寿命不长等缺点。与铅电极一样 ,为获得较高的Ｍｎ(Ⅲ )的产率 ,施加的电解电压较高[6] ,能耗较大。超声波作为一种新的能量形式已用于有机合成[7] ,考虑到铅电极价廉易得且析氧电位较…     

Developments in electrode materials for wastewater treatment

This review provides a current opinion about the most recent advances in the development of novel materials (i.e., anodes and cathodes), as well as new synthesis methodologies, which have been used in water and wastewater treatment by electrochemically driven oxidation technologies. The first section focuses on the advances to produce novel anodic materials comprising the active anodes — which play a key role in direct and indirect oxidation and the nonactive materials — which attract attention due to their high capacity to generate hydroxyl radicals. The second section describes recent progress on the novel emerging cathodic materials that are directly related to in situ electrogeneration of oxidants and are commonly applied in the electro-Fenton technology. Finally, the perspectives and prospects of these novel electrode materials for environmental applications are given.     

Electrochemical oxidation of organic pollutants for the wastewater treatment: direct and indirect processes

In recent years, there has been increasing interest in finding innovative solutions for the efficient removal of contaminants from water, soil and air. The present tutorial review summarizes the results of an extensive selection of papers dealing with electrochemical oxidation, which is proposed as an alternative for treating polluted wastes. Both the direct and indirect approaches are considered, and the role of electrode materials is discussed together with that of other experimental parameters. Apart from discussing the possibility of removing selected contaminants from water using different anodes, efficiency rates for pollutant removal have been collected, the dependence of these rates on operational conditions advantages and disadvantages determining the further full-scale commercial application.     

Anodic oxidation of organic pollutants: Anode fabrication,process hybrid and environmental applications

This review summarizes the recent progress in anodic oxidation of organic pollutant for water and wastewater treatment. It supplies the advances in anodes fabrication to improve the anodic performance by different modifications and preparation strategies, focusing on non-active anodes including boron-doped diamond (BDD), PbO₂, SnO₂ and Ti-based anode (e.g., Ti₄O₇, blue titanium oxide). Meanwhile, the tendency of anodic oxidation coupled or combined with other processes (adsorption, membrane separation, biological treatment and advanced oxidation process) for pretreatment or advanced treatment of organic pollutant is presented. Finally, anodic oxidation for environmental application is briefly described; several challenges need to be overcome and perspectives for future study are critically proposed.     

电化学阻抗谱法研究铈改性TiO2纳米管阵列光电极裂解水产氢动力学

通过阳极氧化法在纯钛板上制备TiO2纳米管阵列电极.在光电化学电解池阳极中加入供电子物质乙二醇,显著减小了TiO2纳米管的电荷传递阻抗,促进了光电催化裂解水产氢反应.采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了单质铈和氧化铈共同改性的TiO2纳米管阵列半导体光阳极,其平带电位向电负方向移动.采用电化学阻抗谱法(EIS)对改性后TiO2纳米管阵列在光电催化裂解水产氢中的电子传输性能以及界面性质进行了表征,确定了各阻抗弧对应的电极过程.采用合理的等效电路模型计算了电极的电子传输动力学参数.结果表明,经铈改性后的TiO2纳米管阵列膜电阻明显减小,有利于氢气的产生.探讨了单质铈与氧化铈促进TiO2纳米管阵列电荷传输的作用机理.     

利用钐掺杂的氧化铈夹层提高燃料电池阳极的活性

考察了Ni-钐掺杂的氧化铈(Ni-SDC)复合阳极与La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)电解质中间加入的SDC 中间层对阳极及整个电池性能的影响.结果表明，SDC中间层的加入显著减小了阳极极化过电位，但同时引入了欧姆降，降低了电池的功率输出密度.氢在Ni-SDC电极的氧化主要由两个过程控制，分别对应于交流阻抗谱的两个阻抗半圆，高频环随着SDC中间层的加入显著减小，可能对应于H2在Ni-SDC/SDC/H2三相界的电化学氧化或氧从LSGM向SDC的传输，低频环与SDC中间层无关，可能对应于氢在电极表面的解离吸附及吸附物种的扩散过程.使用Ni-SDC/SDC夹层阳极可以明显地提高电池的稳定性.     

A comparative study on direct and indirect electrochemical oxidation of polyaromatic compounds

This study has been performed to investigate the treatment of an industrial wastewater containing naphthalene- and anthraquinone-sulfonic acids, by direct and indirect electrolyses. The direct electrochemical oxidation has been carried out using boron-doped diamond and lead dioxide anodes, while the indirect electrolyses has been mediated by active chlorine electrogenerated on a platinum anode, or by hydrogen peroxide electrogenerated on a graphite felt cathode. For each type of electrolyses the effects of operating parameters, such as anode material, current density, chloride concentration, ferrous ions concentrations have been also investigated. Measurements of Chemical Oxygen Demand (COD) and colour fading have been used to compare the results of different electrolyses. Experimental data showed that the complete COD and colour removals have been obtained only by direct oxidation or by active chlorine mediated electrolyses. On the contrary using electrogenerated hydrogen peroxide the solution has been presented a residual COD and colour. In particular, it found that faster oxidation rate has been obtained by direct oxidation using a boron-doped diamond anodes at low current density.     

锂离子电池TiO2纳米管负极材料

锂离子电池负极材料二氧化钛(TiO₂)由于其零应变、环境友好和高安全性近年来得到了广泛的研究,但其较低的电子电导和离子迁移率以及较低的比容量(335 mAh·g^-1)限制了其应用前景.本文梳理了一种纳米结构TiO₂纳米管(TNTs)的研究历程以及最近研究进展,综述了TNTs常见的几种制备方法,即水热法、阳极氧化法和模板法及其形成机理,归纳了各种制备方法的优缺点,讨论了制备过程中各项参量对制得TNTs的影响.阐述了其晶体结构与形貌对电化学性能的影响,指出晶格取向一致、管壁厚度小,纳米管开口且同向排列的TNTs具有更好的电化学性能.同时探讨了针对该材料电导性差、比容量低而进行的包括结构设计、掺杂、复合等一系列改进措施,指出与高电导率及高比容量材料复合是一种方便有效的改进措施.最后总结了各种改性方法取得的进展及存在的不足,展望了TNTs的研究趋势和发展前景.     

Recent advances in organic electrosynthesis using heterogeneous catalysts modified electrodes

Organic electrosynthesis as an emerging green and advantageous alternative to traditional synthetic methods has achieved remarkable progress in recent years because sustainable electricity can be employed as traceless redox agents. To surmount the over-oxidation/reduction issues of direct electrolysis, mediated or indirect electrochemical processes are attaining remarkable significance and promoting the selectivity of products. Molecular electrocatalysts, benefiting from the easily electronic and steric modulation, suffers from readily degradation issue in most cases. Remarkably, heterogeneous catalysts have drawn more attention due to their high activity, stability, and recyclability. Hence, in this review, the most recent growth of heterogeneous catalysts modified electrodes for organic electrosynthesis were summarized, highlighting structural optimization and electrochemical performance of these materials as well as reaction mechanism. Furthermore, key challenges and future directions in this area were also discussed.     

锂离子电池锡基合金体系负极研究

综述了锂离子电池锡基金属间化合物和复合物负极的研究进展。介绍了锡基合金体系作锂离子电池负极的优势, 指出了锡金属负极的不足,提出了采用锡基合金及其复合物是克服锡金属负极主体材料尺寸稳定问题的解决办法。概述了各种锡基合金和其复合物的结构、电化学性能、相应的加工方法和某些反应机理,总结了这些材料的优点和缺点,提出了改进这些材料性能的一些建议,如采用分散形态的纳米颗粒结构或用非晶合金并控制形态结构的转变,着重指出多相锡基锂合金复合物是最有前景的负极材料。