磷钨酸盐修饰的氧化钨薄膜的制备与电致变色性质研究

为了提高WO_3纳米粒子薄膜的光学对比度,利用层接层自组装方法,将Keggin型结构的磷钨酸盐H_3[α-PW_(12)O_(40)]与WO_3纳米粒子复合,制备[PEI/PW_(12)/PEI/WO_3]_(20)复合膜.采用扫描电镜、紫外光谱和电化学工作站对复合膜的形貌及电致变色性能进行研究,结果表明:该复合膜与单纯的WO_3纳米粒子薄膜相比,光学对比度提高了117.28%,且这种复合膜提供了较大的H~+扩散系数,可以获得更好的电致变色性能.     

质子交换膜燃料电池催化剂稳定化方法研究进展

Pt/C催化剂稳定性是制约质子交换膜燃料电池商业化的关键技术挑战之一,因此增强燃料电池催化剂稳定性研究一直是该领域的热点。指出Pt纳米粒子的溶解再沉积、团聚长大,中间物种在Pt表面的吸附钝化,有害杂质中毒及碳载体腐蚀是Pt/C催化剂稳定性衰减的主要因素,概述了近些年提高质子交换膜燃料电池催化剂稳定性的研究进展。指出Pt合金化、采用更稳定载体及进一步加强金属载体间相互作用是增强催化剂稳定性的发展方向。     

Keggin型杂多酸在镀锌钝化中的应用

比较了H_4SiMo_(12)O_(40)、H_3PW_(12)O_(40)、H_4SiW_(12)O_(40)、H_3PMo_(12)O_(40)及铬酸盐对镀锌层钝化效果。H_3PMo_(12)O_(40)钝化的最佳条件为:H_3PMo_(12)O_(40)5g/L,pH 1.1,钝化时间35秒,温度15℃,空留时间10秒,封闭温度100℃(水)。经扫描电镜、XPS、AES、IR和Raman光谱等测定,表明在锌表面形成了一种含有P、Mo、O及Zn的耐蚀性膜。其中钼以Mo(Ⅵ)、Mo(Ⅴ)和Mo(Ⅳ)存在,P/Mo比为1:3.0。推测锌表面形成了一种形如Zn_x(PMo_3)_rO_z/ZnO/Zn的复杂钝化膜。     

碳纳米管/聚二烯丙基二甲基氯化铵/磷钼酸复合膜的组装及其在溴酸盐检测中的应用

通过静电层层组装技术在玻碳(GC)电极表面制备{多壁碳纳米管(MWCNT)/聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)}n多层膜,并采用循环伏安法在多层膜的表面电化学修饰一层磷钼酸(PMo12)膜,构筑GC/{MWCNT/PDDA}n-PMo12复合膜修饰电极.利用SEM对比观察{MWCNT/PDDA}n和{PDDA/MWCNT}n-PMo12的微观结构,并研究该复合膜修饰电极的电化学及其对溴酸盐(BrO3-)电催化还原性质.在此基础上研发一种基于GC/{MWCNT/PDDA}n-PMo12复合膜修饰电极的电流型BrO3-传感器,该传感器表现出明显增大的响应电流.在最优的实验条件下,采用电流时间曲线(i-t)法考察该复合膜修饰电极对BrO3-的安培响应.实验结果表明,该传感器在BrO3-浓度为50～400nmol/L的范围内具有良好的线性关系,相关系数R2为0.9950,响应时间为1.53s,检出限为20nmol/L,灵敏度为13.81mA(mmol/L)-1cm-2.     

Pt纳米催化剂在质子交换膜燃料电池催化层中的尺寸效应研究

以XC-72碳黑为载体, H2[PtCl6]为前驱体, 采用浸渍还原法并结合后续高温处理, 制备出不同尺寸Pt颗粒(3～8 nm)的Pt/C催化剂. 在基于质子交换膜燃料电池(PEMFC)单电池的电化学电解池中, 对实际PEMFC催化层中燃料电池反应的Pt催化剂尺寸效应进行了研究. 结果表明, 在PEMFC催化层环境中, Pt/C纳米催化剂对氢氧化和氧还原反应均有显著的粒度尺寸效应. 随着Pt粒度减小, 氢氧化和氧还原反应的表面积活性均降低.     

原子层沉积制备掺氮碳膜修饰的 Pt/CNTs 实现甲醇高效电催化氧化

甲醇燃料电池作为一种清洁、高效的能源转化形式广受关注. 贵金属 Pt 是甲醇燃料电池阳极催化剂不可缺少的活性组分, 但 Pt 价格昂贵, 易与 CO 等中间体强相互作用而中毒失活, 从而限制了甲醇燃料电池的广泛应用. 因此, 如何提高Pt 的利用率成为一个关键问题. 研究表明, 在碳材料载体中掺杂氮元素, 改变了载体本身的表面结构和电子性质, 有利于Pt 颗粒的成核和生长, 可获得尺寸小、分布均匀的 Pt 纳米颗粒, 能显著提升催化反应活性和 Pt 利用率. 然而, 传统的氮掺杂方法需要在高温、高压及氨气条件下进行, 增加了催化剂制备难度和成本.原子层沉积技术是逐层超薄沉积技术, 能够在原子级别精确控制膜的厚度, 既可制备尺度均一、高度可控的纳米粒子,也能实现材料表面的可控超薄修饰. 本课题组利用原子层沉积技术优势, 首先在碳纳米管表面沉积了直径 2 nm 左右的 Pt纳米颗粒, 然后在 Pt 纳米颗粒外表面超薄修饰聚酰亚胺膜, 通过后处理得到多孔掺氮碳膜修饰的 Pt/CNTs 催化剂. 碳膜的厚度可简单通过调控聚酰亚胺膜的沉积厚度来控制. 结果表明, 适当厚度的碳膜修饰 Pt/CNTs 催化剂可显著提升其甲醇电氧化性能, 电流密度可达商业 20% Pt/C 的 2.7 倍, 催化剂稳定性也显著改善. 然而碳膜修饰过厚会导致催化剂活性降低.通过计算催化剂电化学活性表面积发现, 超薄修饰碳膜后催化剂活性表面积有所降低, 这是由于碳膜的覆盖导致表面 Pt原子数减少. 修饰前后催化剂颗粒尺度变化不大, 推测催化剂活性的提高与形成了有利于催化反应的 Pt-碳膜界面有关.然而, 当碳膜修饰层过厚时, 会导致反应物分子难以扩散到 Pt 颗粒表面, 使催化剂活性降低. 预吸附单层 CO 溶出实验结果表明, 多孔掺氮碳膜超薄修饰 Pt/CNTs 催化剂后, CO 氧化峰的起始电位和峰值电位都向低电位处偏移, 这表明 Pt 表面吸附的 CO 在较低电位下即可被氧化, CO 更容易从 Pt 表面移除, 从而提高了催化剂的抗 CO 毒化能力. X 射线光电子能谱实验结果进一步表明, 经多孔掺氮碳膜修饰后, Pt 的 4f 电子向高结合能处偏移, 表明 Pt 原子周围的电子密度减小, 从而弱化了 Pt 对 CO 吸附的σ-π键反馈作用, 即减弱了 Pt 原子对 CO 的吸附, 这是导致掺氮碳膜修饰后催化剂活性及稳定性都大幅提高的原因.     

原子层沉积制备掺氮碳膜修饰的Pt/CNTs实现甲醇高效电催化氧化（英文）

甲醇燃料电池作为一种清洁、高效的能源转化形式广受关注.贵金属Pt是甲醇燃料电池阳极催化剂不可缺少的活性组分,但Pt价格昂贵,易与CO等中间体强相互作用而中毒失活,从而限制了甲醇燃料电池的广泛应用.因此,如何提高Pt的利用率成为一个关键问题.研究表明,在碳材料载体中掺杂氮元素,改变了载体本身的表面结构和电子性质,有利于Pt颗粒的成核和生长,可获得尺寸小、分布均匀的Pt纳米颗粒,能显著提升催化反应活性和Pt利用率.然而,传统的氮掺杂方法需要在高温、高压及氨气条件下进行,增加了催化剂制备难度和成本.原子层沉积技术是逐层超薄沉积技术,能够在原子级别精确控制膜的厚度,既可制备尺度均一、高度可控的纳米粒子,也能实现材料表面的可控超薄修饰.本课题组利用原子层沉积技术优势,首先在碳纳米管表面沉积了直径2 nm左右的Pt纳米颗粒,然后在Pt纳米颗粒外表面超薄修饰聚酰亚胺膜,通过后处理得到多孔掺氮碳膜修饰的Pt/CNTs催化剂.碳膜的厚度可简单通过调控聚酰亚胺膜的沉积厚度来控制.结果表明,适当厚度的碳膜修饰Pt/CNTs催化剂可显著提升其甲醇电氧化性能,电流密度可达商业20%Pt/C的2.7倍,催化剂稳定性也显著改善.然而碳膜修饰过厚会导致催化剂活性降低.通过计算催化剂电化学活性表面积发现,超薄修饰碳膜后催化剂活性表面积有所降低,这是由于碳膜的覆盖导致表面Pt原子数减少.修饰前后催化剂颗粒尺度变化不大,推测催化剂活性的提高与形成了有利于催化反应的Pt-碳膜界面有关.然而,当碳膜修饰层过厚时,会导致反应物分子难以扩散到Pt颗粒表面,使催化剂活性降低.预吸附单层CO溶出实验结果表明,多孔掺氮碳膜超薄修饰Pt/CNTs催化剂后,CO氧化峰的起始电位和峰值电位都向低电位处偏移,这表明Pt表面吸附的CO在较低电位下即可被氧化,CO更容易从Pt表面移除,从而提高了催化剂的抗CO毒化能力.X射线光电子能谱实验结果进一步表明,经多孔掺氮碳膜修饰后,Pt的4f电子向高结合能处偏移,表明Pt原子周围的电子密度减小,从而弱化了Pt对CO吸附的σ-π键反馈作用,即减弱了Pt原子对CO的吸附,这是导致掺氮碳膜修饰后催化剂活性及稳定性都大幅提高的原因.     

用于质子交换膜燃料电池抗CO的Pt-CeO2/C催化剂的制备和表征

采用一步沉淀法,制备了纳米级Pt-CeO2/C电催化剂.透射电镜和X射线衍射表征结果表明,制备的催化剂Pt颗粒均匀分散于碳载体表面,其粒径主要分布于1.5～2.5 nm.将Pt-CeO2/C催化剂制备成质子交换膜燃料电池膜电极,经循环伏安和单电池极化曲线测试发现,Pt-CeO2/C催化剂性能与Pt/C催化剂的相当.一氧...     

ZIF-67/石墨烯复合物衍生的氮掺杂碳限域Co纳米颗粒用于高效电催化氧还原

燃料电池阴极氧还原(ORR)催化剂目前主要以商业Pt/C为主, 其高成本和稀缺性极大地限制了燃料电池的广泛应用. 为了替代Pt/C催化剂, 廉价高效的非贵金属催化剂目前受到了广泛的研究和关注. 利用氧化石墨烯(GO)为诱导模板, 借助表面丰富的含氧官能团, 实现了Co基金属有机框架材料(MOF) (ZIF-67)在GO表面的原位生长, 构筑了ZIF-67/GO层状复合材料. 热解过程中, 石墨烯的存在有效抑制了Co纳米颗粒的团聚, 并且很好地维持了原始的层状结构. 最终获得的Co@N-C/rGO复合催化剂材料实现了活性位的高度分散, 并且具有丰富的孔结构和优异的导电性能. 在电化学性能测试中Co@N-C/rGO表现出优异的ORR性能, 其起始电位为0.96 V, 半波电位0.83 V, 远优于ZIF-67直接热解得到的Co@N-C材料, 且性能与商业Pt/C催化剂相当. 此外, Co@N-C/rGO复合催化剂还表现出良好的催化稳定性和甲醇耐受性, 显示出该材料作为燃料电池氧还原催化剂的重要潜力.     

棒状CeO_2负载Pt催化剂的合成及其电化学性能研究

通过水热法合成棒状纳米Ce O2(Ce O2-R),并将Pt纳米颗粒负载于Ce O2表面,制得甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/Ce O2-R.通过结构与形貌表征,结果表明,Pt/Ce O2-R中Ce O2的暴露晶面为(111)和(002)晶面,改变了Pt周围的电子结构,进而降低了Pt-COads的键能,释放出更多的活性位.另外,Pt纳米颗粒在Ce O2-R表面分散更均匀.利用电化学工作站测试阳极催化剂Pt/Ce O2-R在酸性溶液中的电化学性能,证明Pt/Ce O2-R催化剂的甲醇电氧化性能与抗CO毒害能力较颗粒状Ce O2负载Pt催化剂(Pt/Ce O2-P)都有很大的提高,证明Ce O2-R作为Pt纳米颗粒的载体用于直接甲醇燃料电池的阳极反应具有发展潜力.     

具有螺旋结构的金属镍有机-无机配位聚合物的合成及表征

在水热体系中合成了3个中心金属为镍离子, 以六配位扭曲八面体构型形成的具有螺旋结构的配位聚合物{[Ni₂L₂(bib)₂·2H₂O]·5H₂O}_n(1), [Ni₂L₂(bpy)]_n(2)和{[Ni₂L₂(bibpip)₂·2H₂O]·6H₂O}_n(3)[H₂L=4,4'-三苯胺二甲酸; bib=1,3-二(咪唑基)苯; bpy=4,4-联吡啶; bibpip=1,4-二(4-咪唑苄基)哌嗪]. 通过单晶及粉末X射线衍射、 红外光谱、 元素分析和热重分析对这3种化合物进行了表征. 结果表明, 化合物1属于单斜晶系, C2/c空间群, 其骨架为具有{4²·6⁵·8}拓扑结构的二维层结构; 化合物2属于斜方晶系, Fdd2空间群, 其骨架为具有{4⁸·5⁴·6³}拓扑结构的三维超分子网络; 化合物3属于三斜晶系, P\begin{array}{c}\bar{1}\end{array}空间群, 为1个五重穿插的三维超分子网络, 其骨架具有{4⁴·6²}拓扑结构.     

系列Sm3+配合物的合成、结构及光物理性能

采用水热方法合成了4种Sm³⁺配合物, 即{[SmZn(2,5-pdc)₂(tp)_0.5(H₂O)]·2H₂O}_n(1), [Sm₂Zn₂(C₆H₅COO)₁₀(Imh)₂(H₂O)₂](2), {[Sm₂(NO₂C₆H₄COO)₆(H₂O)₄]·H₂O}_n(3)和{[SmN(CH₂COO)₃(H₂O)₂]·H₂O}_n(4)[2,5-pdc=2,5-吡啶二羧酸根, tp=对苯二甲酸根, C₆H₅COO=苯甲酸根, Imh=咪唑, NO₂C₆H₄COO=对硝基苯甲酸根, N(CH₂COO)₃=氨三乙酸根]. 通过单晶X射线衍射确定了其晶体结构. 在室温下测定了其红外光谱、 紫外-可见-近红外光谱以及在近红外区和可见区的发射光谱. 结果表明, 4种配合物在近红外区或可见区均出现Sm³⁺离子的特征发射. 这是形成配合物后, Zn-配体部分和配体对Sm³⁺离子发光的敏化作用所致. 此外, 讨论了不同有机配体或d过渡金属离子对Sm³⁺离子发光的影响, 并分析了配合物中Sm³⁺离子的近红外发射带位移、 劈裂和加宽的原因.     

Polyoxometalate-based high-nuclear cobalt-vanadium-oxo cluster as efficient catalyst for visible light-driven CO2 reduction

A high-nuclear {Co₁₆-V₄} cluster was firstly isolated by pure inorganic lacunary POM units, which exhibits excellent photocatalytic activity for CO₂-to-CO conversion under visible light irradiation.     

基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物的合成和光催化活性

采用水热合成方法制备了2个基于Keggin型杂多酸的无机-有机杂化物, 化学式分别为{[Cu₂(4,4′- bipy)₄(H₂O)₄](SiMo₁₂O₄₀)·18H₂O}_n(1)和{[Cu₂(4,4′-bipy)₄(H₂O)₄](PMo₆W₆O₄₀)·18H₂O}_n(2)(bipy=bipyridine). 结构分析 表明2个化合物同构, Cu²⁺是六配位, 分别与4个4,4′-bipy上的N原子和2个水分子上的O原子结合, 形成 [Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺二维层状结构. 杂多阴离子通过静电与配位阳离子[Cu(4,4′-bipy)₂(H₂O)₂]_n²ⁿ⁺作用交叉排列在层间. 通过红外光谱、 粉末X射线衍射和固体紫外-可见漫反射光谱等对化合物的性质进行了表征. 研究了所合成化合物对水溶性染料亚甲基蓝的降解活性, 发现2种化合物对于亚甲基蓝均表现出显著的光降解活性, 并对它们的催化机理进行了讨论.     

PtxCuy/C电催化剂甲醇氧化反应性能及机理研究

直接甲醇燃料电池（DMFC）是一种将甲醇燃料的化学能直接转化为电能的能量转换装置,具有能量转化效率高、环境友好、燃料来源丰富等优势,在移动电源等领域具有广泛应用前景,但阳极铂基电催化剂的性能及成本制约着DMFC的发展。本论文通过简单的液相浸渍还原法,制备了系列PtCu/C纳米电催化剂,电化学性能测试结果表明,电催化剂对甲醇氧化反应（MOR）活性顺序为商品Pt/C < Pt₃Cu/C < PtCu₄/C < PtCu/C < PtCu₃/C,且活性最高的PtCu₃/C电催化剂表现出较为优异的电化学稳定性。结合物相表征、电化学测试及DFT计算,阐释了PtCu₃/C催化剂中存在的少量CuO相能够促进水分子解离产生*OH,通过双功能机制促进类CO反应中间物种氧化为CO₂。因此,相比于商品Pt/C,虽然PtCu₃/C电催化剂的ECSA不足其一半,但质量比活性和面积比活性分别提高1.88倍和3.74倍。     

Synthesis and structure of two lanthanide complexes with isonicotinic acid N-oxide (HL): [Ln(L)2(H2O)4]n·(NO3)n·n(H2O) (Ln = Sm or Tb)

Two new lanthanide complexes of isonicotinic acid N-oxide (HL), namely [Ln(L)₂(H₂O)₄]_n·(NO₃)_n·n(H₂O) for Ln = Sm or Tb, have been synthesized and characterized by spectroscopic and crystallographic methods. IR spectra suggest that isonicotinic acid N-oxide acts as a O,O′-bidentate ligand, the N-oxide group as well as the nitrate group are not involved in coordination. Single crystal analyses have shown that both complexes are isomorphous, where the Ln(III) centers are eight coordinated by four O atoms of four water ligands and other four O atoms of two isonicotinic acid N-oxide ligands. The carboxylate groups are only involved in the bidentate syn–syn bridging mode into infinite chains. Hydrogen bonds between aqua ligands, lattice molecules, nitrate and N-oxide groups are formed giving a three-dimensional network.     

原位生长Pd/Ni(OH)2/NF复合催化剂及其析氢性能

采用水热合成法在泡沫镍上原位构建了低贵金属含量的钯/氢氧化镍纳米复合催化剂（Pd/Ni（OH）₂/NF）。通过扫描电镜,能谱仪,X射线衍射仪和X射线光电子谱仪等分析技术表征了催化剂的形貌和微观结构;运用线性扫描伏安法,电化学阻抗谱和计时电流法等手段研究了催化剂的催化析氢性能。实验结果显示复合催化剂具有特殊的微观构型,超薄的Ni（OH）₂薄片生长在泡沫镍表面,纳米尺寸的钯均匀地镶嵌在氢氧化镍薄片中。催化剂表面的氢氧化镍有利于促进水的解离,加快氢中间体的形成;均匀分散的钯极易吸附解离的氢中间体,快速地复合成氢气分子。我们发现复合催化剂能协同加快析氢反应过程,极大地降低析氢过电位,提高了析氢活性。此外,复合催化剂原位生长在泡沫镍上,有效地提高了催化电极的稳定性。     

三组Pt- Ru/C催化剂前驱体对其性能的影响

分别以三组不同的Pt和Ru化合物为前驱体, 采用热还原法制备了Pt-Ru/C催化剂, 比较不同前驱体对催化剂性能的影响；通过XRD和TEM技术对催化剂的晶体结构及微观形貌进行了分析. 结果表明以H₂PtCl₆+RuCl₃和自制(NH₄)₂PtCl₆+Ru(OH)₃为前驱体的催化剂Pt和Ru没有完全形成合金状态, 在Pt(111)和Pt(200)之间有Ru(101)存在；以Pt(NH₃)₂(NO₂)₂和自制含钌化合物为前驱体制备的催化剂未检测出Ru金属或其氧化物的衍射峰, Pt-Ru颗粒在载体上分散均匀, 粒径最小, 为3.7 nm. 利用玻碳电极测试了循环伏安、记时电流和阶跃电位曲线, 考核了上述催化剂对甲醇阳极催化氧化活性的影响；结果表明：以Pt(NH₃)₂(NO₂)₂和自制含钌化合物为前驱体制备的催化剂对甲醇的电催化氧化活性最高, 循环伏安曲线峰电流密度达11.5 mA•cm^-2.     

锌(Ⅱ)配合物的超分子设计及对甲醇蒸气的吸附性能

采用饱和蒸气扩散技术, 将2,4-二羟基苯甲醛缩异烟酰腙(H₂dhbi)配体分别与Zn(ClO₄)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O进行配位作用, 得到2种不同配位模式的金属-有机框架材料[(dhbi)₂Zn₂·8H₂O]_n(1)和{[(dhbi)₂(H₂O)₂Zn₂]·4DMF]}_n(2). 利用X射线单晶衍射、 热分析技术(TG-DTA)和X射线粉末衍射(PXRD)等方法进行了结构表征. 进一步将配位聚合物1和2用于对甲醇分子的吸附性能研究, 结果表明, 化合物1是一种理想的微孔材料, 其对甲醇分子的吸附能力为化合物2的近5倍, 采用PLATON对材料的孔隙体积进行计算得到化合物1和2的孔隙率分别为38.2%和5.5%.     

H4SiW12O40/乙烯-乙烯醇共聚物复合纳米纤维膜的制备及光催化性能

利用静电纺丝技术制备了H₄SiW₁₂O₄₀(SiW₁₂)/乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)复合纳米纤维膜. X射线能谱(EDX)和红外光谱(IR)表征结果表明, SiW₁₂负载到EVOH纤维膜中, 且其Keggin结构完好无损. SiW₁₂/EVOH复合纳米纤维膜在氙灯光源照射下对甲基橙(MO)表现出优异的光催化活性. 当EVOH与SiW₁₂的质量比为2:1时, MO降解率可达96.3%. 复合纳米纤维膜优异的光催化活性主要归于EVOH与SiW₁₂的协同相互作用. 复合纤维膜具有良好的可重复使用性, 循环使用3次后, 其光催化活性没有明显下降. 因此, SiW₁₂/EVOH复合纳米纤维膜在去除废水中有机染料方面具有广阔的应用前景.