电化学的前沿与展望

电化学是物理化学的重要分支,主要研究电子导体-离子导体、离子导体-离子导体的界面现象、结构和化学过程,以及与此相关的现象和过程.电化学研究的内容包括两个方面:(1)电解质的研究,即电解质学(或离子学),包括电解质的导电性质、离子的传输特性、参与反应的离子的平衡性质等,其中电解质溶液的物理化学研究常称电解质溶液理论;(2)电     

应用扫描电化学显微镜研究极化液/液界面上的电子转移反应

将含有氧化还原电对的水溶液滴涂在铂盘电极表面, 然后将该电极插入到1,2-二氯乙烷溶液中, 形成稳定的油/水界面. 液滴中的K3Fe(CN)6和K4Fe(CN)6氧化还原电对既可以作为水相中的参比电对参与控制液/液界面上的电势差, 同时又可以作为水相的电子授受体参与界面上的电子转移反应. 结合扫描电化学显微镜电化学系统的特点, 利用其双恒电位仪分别控制界面电势差和现场扫描的优点, 通过扫描电化学显微镜的渐进曲线得到了不同界面电势差控制的电子转移反应速率常数. 实验结果表明, 应用此方法获得的液/液界面可以被外加电位极化, 在一定的电势差范围内, 反应速率常数与界面电势差的关系遵守Butler-Volmer公式.     

锂电池电极过程的原位电化学原子力显微镜研究进展

随着人类对能源的使用与存储需求不断增加,高能量密度和高安全性能的二次锂电池体系正在被不断地开发与完善.深入理解充放电过程中锂电池内部电极/电解质界面的电化学过程以及微观反应机理,有利于指导电池材料的优化设计.原位电化学原子力显微镜将原子力显微镜的高分辨表界面分析优势与电化学反应装置相结合,能够在电池运行条件下实现对电极/电解质界面的原位可视化研究,并进一步从纳米尺度上揭示界面结构的演化规律与动力学过程.本文总结了原位电化学原子力显微镜在锂电池电极过程中的最新研究进展,主要包括基于转化型反应的正极过程、固体电解质中间相的动态演化以及固态电池界面演化与失效分析.     

钐锶钴阴极/镧锶镓镁电解质界面的元素扩散

采用X射线衍射、扫描电镜及电化学方法考察了固体氧化物燃料电池钐锶钴(Sm0.5Sr0.5CoO3-δ,SSC)阴极烧结温度和时间对镧锶镓镁(La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3-δLSGM)电解质的导电行为和电解质/阴极界面电化学性质的影响.结果表明,当SSC阴极的烧结温度由1173 K升高到1323 K时,LSGM/SSC界面形成了LaSrGaO4和LaSrGa3O7杂相:当烧结温度升高到1373 K时,还形成了高电子电导率的La-Sr-Co-O复合化合物.Co元素的扩散导致LSGM电解质电子电导率升高,氧离子迁移数和电池开路电压降低.延长SSC阴极烧结时间,LSGM电解质的欧姆电阻增大,电解质氧离子迁移数和电池的开路电压降低,这足由于延长SSC烧结时间加剧了LSGM/SSC界面上高阻抗相LaSrGaO4和LaSrGa3O7的生成.阴极中人量Co元素的扩散改变了LSGM电解质内部组成与结构.     

金属卟啉的直接电化学合成及其固体微粒伏安行为研究

用固体微粒伏安法在电极表面直接获得了铜卟啉、铁卟啉及钴卟啉,在氯化钾支持电解质溶液中用循环伏安法对meso四苯基卟啉(H₂TPP)及现场合成的金属卟啉的固体电化学行为进行了表征.作为电荷补偿,实验证明在固体金属卟啉还原及氧化过程中同时伴随有钾离子在晶胞中的迁移,文中对金属卟啉的形成机理及其电极反应机理进行了详细探讨.     

液结的复合层半导体材料光电化学行为

本世纪５０年代开始，Ｂｒａｔａｉｎ和Ｇｅｒｉｓｈｅｒ等人以半导体物理中Ｓｃｈｏｔｋｙ势垒为基础建立了半导体／电解质溶液界面模型，即在半导体与溶液中均认为可用费米能级的概念来表示电子填充的水平，也就是体系的电化学势，它在能级图上位置的高低代表了给出电子...     

染料敏化太阳电池中多相接触界面电子转移机制和动力学过程

采用电化学阻抗谱(EIS)研究了染料敏化太阳电池(DSC)中由导电玻璃、 纳米多孔TiO₂薄膜和电解质构成的多相复杂接触界面的电子转移机制和动力学过程. 通过沉积聚合物薄膜简化多相接触界面结构, 根据接触界面结构和电子转移途径的变化, 分析了不同偏压下多相接触界面电子转移机制, 构建与之对应的等效电路, 获得了DSC内部各个主要接触界面的电子转移动力学常数. 结果表明, 通过外加偏压的控制和多相接触界面结构的简化, 可以区别分析多相复杂接触界面电子转移机制与动力学过程.     

扫描电化学显微镜用于研究生物膜微环境的电子传递

生物电化学系统(BESs)的核心是生物膜在电极/溶液界面的电子传递反应,研究生物膜微区环境中的电子传递有助于阐明微生物的胞外电子传递(EET)机制,从而有针对性地提高BESs中的电子转移效率。微生物的EET机制包括直接电子传递和间接电子传递,由于生物膜组成复杂,含有多种分泌物、胞外聚合物等,常规电化学方法只能从生物膜宏观层面研究EET机制,无法有效区分这两种电子传递途径的贡献。本文采用电化学循环伏安方法研究了电子穿梭体二茂铁甲醇(FcMeOH)与希瓦氏菌(Shewanella)相互作用的界面过程;基于扫描电化学显微技术构建了穿透模式,通过微电极介导FcMeOH与Shewanella反应,收集仅来自间接电子传递途径产生的电流,同时测定了Shewanella在电极/溶液界面的氧化还原性质和空间分布。本论文将电化学扫描探针显微技术应用于EET的研究,从物理化学角度揭示微生物在代谢过程中与外界的电子传输机制。     

电化学阻抗谱法测定固态聚合物电解质的本体电阻

采用电化学阻抗谱法,对阻抗谱中的聚合物电解质本体电阻（Rb）与膜厚（L）的关系和固体聚合物电解质/惰性电极间的界面阻抗随直流电压的变化趋势进行了研究.结果表明,阻抗谱中聚合物电解质本体电阻（Rb）含有一定的阻塞电极/聚合物电解质间的界面阻抗;由于界面双电层电容的变化,在直流电压0.15～3 V范围内,界面阻抗随电压的增大而减小.     

双通道微米管支撑的微-液/液界面上电荷转移反应的研究

将有机相和水相分别灌入双通道玻璃微米管θ管中的一个管中,利用θ管表面的亲水特征,在灌有有机相的微米管口附近形成微-液/液界面.利用循环伏安法研究了电荷在这种微-液/液界面上的转移反应,包括简单离子(四甲基铵离子TMA⁺)转移、加速离子转移(DB18C6加速K⁺离子)和电子转移(二茂铁/铁氰化钾+亚铁氰化钾体系)反应过程.结果表明,这种双通道微米管所得到的微-液/液界面具有不对称扩散场的特性.此装置是目前最简单的可用于研究液/液界面上的电荷转移反应的装置之一,即所谓的可进行"无溶液"液/液界面电化学及电分析化学研究的装置.     

硬脂酸二茂铁酯L-B膜修饰SnO2电极的阻抗研究

测定了二茂铁衍生物——硬脂酸二茂铁酯L-B膜修饰SnO₂电极在Fe(CN)₆^3-/4-溶液中的阻抗性能,用单纯形法求出了等效电路中的元件参数值,计算了电极反应速度常数K_s。从分析SnO₂电极修饰不同层的硬脂酸二茂铁酯L-B膜的界面阻抗和电极反应的动力学性能,表明与在固相中研究的硬脂酸二茂铁酯L-B膜的阻抗性能明显不同,在Fe(CN)₆^3-/4-溶液中表现了电活性分子修饰电极的界面阻抗行为,进一步证实了修饰在SnO₂电极上的硬脂酸二茂铁酯L-B膜在Fe(CN)₆^3-/4-的氧化还原电极反应过程中,起电荷传递的中介作用。     

快速检测中药材中黄曲霉毒素B1的电化学生物传感器

结合新型纳米传感膜材料,以黄曲霉毒素Bl(AFBl)单克隆抗体为生物识别元件,通过考察AFB1与抗体之间的相互作用对测试底液中[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-([Fe(CN)6]3-/4-)氧化还原体系的影响,构建了一种可用于中药材中AFB1快速检测的电化学生物传感器.在最佳条件下,对AFB1浓度的线性响...     

Improved electrochemical properties in the Li3Fe2(PO4)3 by titanium and vanadium doping

Ti⁴⁺ ions were introduced to the VO₄^3- substituted Li₃Fe₂(PO₄)₃ by sol-gel method. Simultaneous substitution of Ti⁴⁺ for Fe³⁺ and VO₄^3- for PO₄^3- in the Li₃Fe₂(PO₄)₃ resulted in a net improvement in the rate capability and cycling performance, as compared with the single Ti⁴⁺ or VO₄^3- substituted compound.     

Effect of VO43- Substitution on the Electrochemical Properties of a LiSn2(PO4)3 Anode Material

VO₄^3- anion was used to partially substitute for PO₄^3- in the Nasicon compound of LiSn₂(PO₄)₃ via a sol-gel method. XRD analysis revealed that the VO₄^3--substituted samples did not have a single LiSn₂(PO₄)₃ phase, and some secondary phases like SnO₂ and SnP₂O₇ appeared. Introduction of the VO₄^3- anion did not prevent the LiSn₂(PO₄)₃ compound from decomposing during the initial lithiation; however the VO₄^3- anion substitution remar-kably enhanced the rate capability and cycling performance of the products because they reduced the charge transfer impedance, increased the lithium ion diffusion, and strengthened the role of the Li₃PO₄ matrix due to the precipitation of the Li₃VO₄phase. Of the substituted samples, the sample with a nominal composition of LiSn₂(PO₄)_2.5(VO₄)_0.5 delivered a capacity of 449.2 mA·h/g at a rate of 0.25 C after 25 cycles and 373.8 mA·h/g at 2 C rate. Those values surpassed some previous reports on LiSn₂(PO₄)₃ and the LiSn₂(PO₄)₃/C composites. Accordingly, the partial substitution of phosphorus by vanadium in LiSn₂(PO₄)₃ is a feasible technique to remarkably improve its electrochemical properties.     

Preparation and photoelectrochemical characterization of nano-particulate TiO2 and polyaniline composite films on Au

TiO₂ and polyaniline(PANI) composite film was obtained by electrochemical methods^[1] and investigated for solar energy conversion application. A strong rectifying effect was found in the cyclic voltammogram of the film in dark when the scan speed was slow enough (5 mV/s) and a quasi-reversible voltammogram of the film was observed when the scan speed was fast (100 mV/s). The results of both the cyclic voltammograms and the SEM images of the composite film show that the PANI film is almost completely covered with nano-particulate TiO₂. Two anodic photocurrent bands and a cathodic band was observed in the spectra of the photocurrent of the TiO₂/PANI/PATP(p-aminothiophenol)/Au film in 0.05 mol/L Fe(CN)₆^3-/Fe(CN)₆^4- solution. The band at 300~400 nm (3.1~4.1 eV) can be ascribed to the photocurrent band of TiO₂ particles and the bands at 450~730 nm (1.7~2.8 eV) can be ascribed to those of the PANI. The partially-oxidized PANI has internal photoemission function and the insulating matrix of PANI is verified to be reduced PANI with a 3.33 eV bandgap energy. The flat-band potentials of partially-oxidized PANI and TiO₂/PANI composite film in 1.0 mol/LHClO₄ solution are determined as 0.87 V and 0.09(SHE) from Mott-Schottky plots, respectively.     

pH振荡研究型化学实验

Br O-3-SO2-3-Fe(CN)4-6(BSF)是典型的p H振荡反应。该振荡具有振幅大,振幅和周期易于调节,且可偶合p H敏感性材料实现p H刺激下的其他振荡行为转换的特点。与传统物理化学实验中的B-Z振荡相比,该振荡具有更强的拓展性,适合作为综合型或研究型实验,对于培养学生创新能力与综合科研能力具有积极意义。     

Caractéristiques spectroscopiques des liaisons hydrogène N-H-N très fortes. Études des acides A3(CN)6, (A=H,D; M=Fe,Co) par spectroscopie de vibration

Infrared and Raman spectra of the polycrystalline complex cyanide acids H₃M^III(CN)₆ (M=Fe,Co) and their deutero analogues were investigated at 300 and 90K in the region 4000-100 cm⁻¹. The spectra indicate clearly that the site symmetry of the M(CN)₆³⁻ ion is C_3v for M=Fe and D_3d for M=Co. These conclusions are consistent with an asymmetric N-H·N bond in H₃Fe(CN)₆ and with a symmetric one in H₃Co(CN)₆. The N-H stretching frequencies are assigned as ca. 1100 cm⁻¹ (Fe) and as 560 cm⁻¹ (Co), the shift being related to the difference in the hydrogen bonding strength, 2.665 Å (Fe) and 2.582 Å (Co). The spectroscopic behaviour of these very short N-H·N bonds appears to be similar to that of the strong O-H·O bonds in type A (for M=Co) or type pseudo-A compounds (for M=Fe).     

Are excimers formed along with hydrated electrons in the UV excitation of cyanocuprate(I) ions in aqueous solution?

The three cyanocuprate(I) complexes, Cu(CN)₂⁻, Cu(CN)₃²⁻, and Cu(CN)₄³⁻, photoeject electrons with high efficiency when excited in aqueous solution by 266 nm laser pulses of 7 ns duration with quantum yields of 0.37±0.06, 0.224±0.021, and 0.240±0.005, for Cu(CN)₂⁻ (at 2 M ionic strength), Cu(CN)₃²⁻, and Cu(CN)₄³⁻ (both measured at 1 M ionic strength). Along with hydrated electrons, two transient intermediates, absorbing at 460 and 340 nm, respectively, form consecutively after excitation through bimolecular reactions with ground-state Cu(I) in solutions of Cu(CN)₂⁻, and Cu(CN)₃²⁻, but not in Cu(CN)₄³⁻. All photoprocesses are essentially monophotonic. A mechanism is proposed that suggests the formation of a dinuclear excited-state complex such as an excimer.     

拉氏变换阻抗分析测量CdSe薄膜电极的表面态

在光电化学光能转换的研究中,由于多种因素在半导体/溶液界面形成了各种性质和作用不同的表面态,在界面的电荷和能量转移中起着重要作用,对光电转换性能产生较大的影响。对于多晶半导体——作为具有实用前景和目前深受重视的光电转换材料,由于存在较多的晶格缺陷和晶粒界面,在表面形成了浓度较高的表面态,这些表面态可作为光生电子空穴的复合中心,是造成多晶材料光电转换效率低于单晶材料的主要原因。因此测量和研究半导体/溶液界面的表面态能量分布,性质及作用对研究光电转换过程的机理,特别是对改善多晶半导体的性能都具有直接的重要意义。     

One-dimensional infinite chain crown ether complex:Synthesis and crystal structure of[Na(18C6)]2[Cu(mnt)2]·H2O

One-dimensional coordination polymers have attracted considerable interest in recent years because of the prospect of electrical, optical and magnetic properties. Crown ether can form one-dimensional infinite chain structure with transition metal complex. We synthesized the complexes of 18-crown-6 with Na₂[m{S₂C₂(CN)₂}₂](m=Cu, Ni, Pd, Pt; S₂C₂(CN)₂^2- mnt) and now report the structure of complex[Na(18C6)]₂[Cu(mnt)₂]·H₂O.