刻蚀剂对IrO_2-MnO_2阳极纳米涂层表面形貌及电化学行为的影响

采用传统热分解法制得了不同刻蚀剂(HCl、H2SO4、C2H2O4和HF)处理的Ti基Ir O2-Mn O2纳米涂层阳极,使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安(CV)及极化技术等观察和研究各纳米涂层阳极表面形貌及其电化学性能.结果表明,与HCl和C2H2O4刻蚀剂相比,HF和H2SO4刻蚀的基底涂层表面Ir O2纳米颗粒更为密集且尺寸更大;H2SO4刻蚀处理的Ti基Ir O2-Mn O2阳极电催化活性最佳,HF次之,C2H2O4再次之,HCl最差.     

Ti/IrO_2-Ta_2O_5阳极载量与析氧电催化性能研究

采用Pechini法制得Ti/IrO2-Ta2O5氧化物阳极,研究了涂层载量对Ti/IrO2-Ta2O5阳极微观结构和析氧电催化性能的影响.SEM、EDX、极化曲线、循环伏安及强化电解试验等测试结果表明:涂层载量增加,涂层裂缝变窄变浅,且IrO2晶粒偏析趋于增强;同时也提高了阳极析氧电催化活性,增大阳极活性表面积及延长阳极使用寿命;强化电解寿命与Ir涂覆量(1.98～9.08g/m2)基本呈线性递增关系.     

Ir0.08Ti0.92O2及其载Pt催化剂的制备与电催化性能

采用TiN浸渍热分解法制备了低铱含量Ir0.08Ti0.92O2纳米粉体,再通过微波辅助制备Pt/Ir0.08Ti0.92O2催化剂,并与采用传统亚当斯法制备的IrO2和商品化Pt/C进行对比研究.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(SEM)、X射线能量散射谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对产物进行了分析.结果表明,Ir0.08Ti0.92O2是一种纳米棒状金红石相固溶体,直径约15 nm,担载Pt粒度5~7 nm,其中本体Ir/Ti原子比为0.084∶0.916,表面Ir/Ti原子比为0.296∶0.704,表明Ir在表面发生富集.经稳态极化曲线和线性扫描伏安测试得到析氧反应的本征催化活性由高到低为Ir0.08Ti0.92O2>Pt/Ir0.08Ti0.92O2>IrO2,前两者性能相近;Pt/Ir0.08Ti0.92O2的氧还原反应活性低于Pt/C,需进一步优化载Pt粒度.研究结果表明,Ir0.08Ti0.92O2既是高效、低成本的析氧反应催化剂,也是高性能载体材料,这使Pt/Ir0.08Ti0.92O2作为双效催化剂在成本、催化性能和稳定性上具有更大优势,也可作为优异的析氢反应催化剂.     

低温海水用钛基金属氧化物阳极的制备与性能

将Ti N纳米粉体与Ta Cl5正丁醇饱和溶液混合制得中间层涂覆液,通过热分解法在不同焙烧温度下得到了含有中间层的Ti/(Ti-Tax)O2/Ir O2电极,并与相同工艺下得到的传统Ti/Ir O2电极进行对比分析.采用X射线衍射和扫描电子显微镜对制备的电极进行了表征,通过循环伏安曲线、极化曲线和恒流加速寿命测试等电化学手段对电极性能进行了分析.结果表明,引入中间层可以使Ti/(Ti-Tax)O2/Ir O2电极400℃低温焙烧样品表层Ir O2结晶发育更好,得到了通常高温下才具有的典型龟裂纹形貌;相对于500℃高温焙烧样品,其在海水中的电化学活性表面积提高近6倍,在4℃和100 m A/cm2电流密度下的电极电位(1.37 V)降低100 m V,催化性能得到显著提高;同时加速寿命相对于传统的Ti/Ir O2电极提高10倍以上,是一种适用于低温海水环境的、具有较高活性和耐久性的新型阳极.     

嵌中间层金属氧化物电极

采用溶胶-凝胶法制备Ti/IrRuSn、Ti/IrTa/IrRuSn和Ti/IrTaSn/IrRuSn氧化物电极,FESEM、XRD观察该电极微观结构,循环伏安、强化电解测试电极电化学性能.结果表明:嵌中间层氧化物电极表面裂纹增多,改变了颗粒形状和平均晶粒尺寸,虽电流效率略有降低,增多活性点,提高电极析氯反应选择性;但2种氧化物电极(Ti/IrTa/IrRuSn和Ti/IrTaSn/IrRuSn)的强化电解寿命和正反交替电解寿命均较好.     

添加碳纳米管对钌铱锡氧化物阳极性能的影响

本文采用热分解法制备Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极,运用TGA、SEM、EDS、循环伏安、电化学交流阻抗、极化曲线以及强化电解寿命测试方法,探讨添加不同含量碳纳米管（CNTs）对Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极的影响规律. 热重分析和阳极能谱数据表明,在烧结温度470 ^oC条件下CNTs未发生高温氧化分解,仍以单质形式存在阳极涂层中. 与对比样品相比,涂层表面裂纹增多,但仍保持典型形貌. 添加CNTs显著改善了Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极的电化学性能,增大了阳极的活性表面积,减小了涂层内部电阻,提高了阳极析氯电催化活性,析氯电位增加缓慢,阳极强化电解寿命也得到明显延长. 其中,添加0.1 g·L^-1 CNTs的Ti/Ru-Ir-Sn氧化物阳极电催化活性和稳定性最优.     

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.     

IrO2电极在4-氯苯酚水溶液中的电化学活性

研究了在4-氯苯酚(简称氯酚)电化学稳定窗口内氯酚对Ti基IrO2电极在酸性水溶液中电化学活性的影响. 循环伏安(CV)与电化学阻抗谱(EIS)测试均显示, 几乎在整个氯酚的电化学稳定电位区间内, 氯酚对氧化物电极均起到活化作用. 以金属Ir电极为对比试样的测试结果却显示, 由于氯酚易于在金属表面吸附, 氯酚在其电化学稳定窗口内对金属电极的活性产生抑制作用. 基于氯酚对上述两类电极电化学行为影响的差异, 提出活性氧化物自身在上述电位区间内发生从低价态到高价态的转变, 进而用于氧化去除吸附在电极表面的有机分子, 可能是氯酚对IrO2电极造成活化的主要原因.     

热分解法制备电解煤浆用阳极及其电催化活性

采用热分解法制备了一元、二元贵金属形稳阳极(DSA),并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线谱(EDS)等测试技术对所制备电极的表面形貌、成分组成等进行分析表征;在煤浆电解过程中,采用两电极体系,对所制备电极的电催化活性进行了测试。结果表明,催化涂层中Ru、Ir主要以氧化物或合金的形式存在,而Pt主要以金属单质或合金的形式存在,用所制备的电极作为阳极,电解煤浆10h以后,电流大小和气体的生成速率比较稳定,在整个电解过程中,H2气的电解效率一直接近100%,而此时阳极产物的电解效率为40%左右。与Ti/Pt电极相比,电极的催化活性均有较大的提高,其中Ti/Pt-RuO2(1∶1)和Ti/Pt-IrO2(1∶1)电极的活性最好。     

TiN浸渍-热分解法制备IrOx-TiO2粉体催化剂及其表征

以纳米TiN粉体为前驱体反应物, 采用浸渍-热分解法制备了n(Ir)∶n(Ti)比为1∶6.5的IrOx-TiO2水电解用纳米粉体催化剂. 通过XPS, XRD, TEM和极化曲线等测试手段对其组成、结构、形貌和性能进行了表征. 结果表明, 在350 ℃的热分解温度下, 纳米TiN转化为金红石相TiO2, 铱则以多种价态存在, 与TiO2形成二元氧化物固溶体, 并且在该固溶体表面存在富集Ir的颗粒, 其平均粒径约为7 nm. 将经500 ℃退火处理的IrOx-TiO2粉体作为析氧阳极催化剂, 在SPE水电解中的测试结果表明, 其具有很高的电催化性能, 在铱担载量为1.2 mg/cm2, 电解温度80 ℃, 工作电流密度1 A/cm2条件下, 槽压为1.6 V. 上述实验结果表明, TiN浸渍-热分解法是制备低载量, 高催化性能的水电解催化剂的理想途径.     

Low Pt content Pt–Ru–Ir–Sn quaternary catalysts for anodic methanol oxidation in DMFC

In this communication we report our research work on low Pt content Pt–Ru–Ir–Sn quaternary catalysts for use in DMFC anodes. The carbon-supported quaternary metal alloy catalyst was synthesized according to the solution reduction method and was deposited onto a carbon fiber paper or a carbon aerogel nanofoam to form the anode for direct methanol fuel cells. The Pt loading of the electrode is 0.1 mg/cm². The testing results from a three-electrode electrochemical cell show that the simultaneous use of higher Ir (25–35 wt.%) and Sn (10 wt.%) content gives satisfactory stability and higher activity for methanol oxidation than the commercially available E-TEK anode (80%[0.5Pt 0.5Ru]/C on carbon cloth). Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), and Bruner–Emmett–Teller method (BET) measurements were carried out to characterize the composition, structure, morphology, and surface area of the developed catalysts.     

Cr2O3粉末在CaCl2熔盐中直接电化学还原的金属通腔电极研究

应用金属通腔电极研究Cr2O3粉末于熔盐中的电化学行为,验证了900℃下Cr2O3粉末在含镁量<0.005%氯化钙熔盐中的分步还原机理,估算其电化学还原动力学参数;并由扫描电镜观察产物形貌,分析电解电位和时间对金属颗粒尺寸的影响.     

涂液浓度对Ru-Ti-Ir氧化物阳极涂层性能的影响

应用热分解法制备了由不同浓度涂液形成的Ru-Ti-Ir氧化物阳极涂层,SEM,EDX,XRD、强化电解寿命、极化曲线、循环伏安和电化学阻抗等测试表明,涂液浓度对阳极涂层的表面形貌有着很大的影响,但不甚影响其析氯极化过程.随着涂液浓度的增加,阳极涂层的伏安电量和双电层电容都出现先降低后增加的变化趋势.     

SbOx+SnO2中间层对Ti/MnO2电极性能的影响

采用热分解方法制备了含SbO_x+SnO₂中间层的钛基二氧化锰电极. 在0.5 mol·L^-1 H₂SO₄溶液中对添加和没有添加SbO_x+SnO₂中间层的二氧化锰阳极进行了加速电解试验. 采用极化曲线和循环伏安曲线测量电极的析氯反应. 用循环伏安曲线和电化学阻抗谱来分析电极电解过程中内部结构和表面的变化. 结果表明, 二氧化锰阳极钝化失效的主要原因是绝缘的TiO₂层的生成和变厚. 引入中间层可以降低钛基体和活性涂层间的电阻, 并且在电解过程中, 可以显著延缓接触电阻的升高, 从而可以显著提高其寿命.     

烧结温度对Ru-Ir-Sn氧化物阳极涂层性能的影响

应用溶胶凝胶法制备不同焙烧温度的氧化物阳极涂层,SEM,EDX,XRD、强化电解寿命、循环伏安和电化学阻抗等测试表明,烧结温度对阳极涂层的表面形貌以及电化学性能有着很大的影响.随着烧结温度的升高,析氯电位相应增加,寿命相对较长,循环伏安电量与双电层电容值有所下降.     

甲烷氧化偶联Ti-La-Li系混合氧化物催化剂

研究了Ti-La-Li三元氧化物的组成、结构及其对甲烷氧化偶联反应的催化性能；用XRD、IR、XPS和SEM等方法对催化剂进行表征，结果表明：在LiTi_xLa_(1-x)O_2系列催化剂中，随x值的不同，可生成LaTi_(1－y)Li_yO_(3-λ)、Li_2TiO_3、La_(0.66)TiO_(2.993)、La_2O_3和Li_(1.33)Ti_(1.66)O_4几种物相，其中，钙钛矿到三元复合氧化物LaTi_(1-y)Li_yO_(3-λ)是甲烷氧化偶联反应的主要活性相，活性位Li~＋-O~－-Ti~(3＋)的形成是活性提高的主要原因．Li_2TiO_3和La_(0.66)TiO_(2.993)是深度氧化活性相，而Li_(1.33)Ti_(1.66)O_4既无偶联活性，也无深度氧化活性．     

钌锡比对Ru-Ir-Sn氧化物阳极涂层性能的影响

应用溶胶凝胶法制备了不同钌锡摩尔比氧化物阳极涂层.SEM,EDX,强化电解寿命,循环伏安和电化学阻抗等测试表明,钌锡摩尔比对阳极涂层的表面形貌以及电化学性能有很大影响.随着钌含量的增加涂层的强化电解寿命呈先增加后降低变化,析氯电位呈先降低后增加;电流效率呈先增加后降低,与其对应的循环伏安电量以及双电层电容值亦呈先增加后减小变化.     

改性LiMn_2O_4的高温电化学性能

采用高温固相反应法制备改性的LiMn2O4锂离子电池正极材料.利用SEM、XRD等方法表征产物的结构特性.结果表明:所得产物均具尖晶石型LiMn2O4结构,该样品经Li2CO3改性后用作锂离子电池正极,于常温和高温下的循环性能均得到明显改善.