碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法的研究: I. 溶液pH值对不同 碳材料的影响

用MSCV法研究了活性炭及乙炔黑在pH1-12范围内的电氧化,两种炭的φ~s、η~s与pH的关系(φ~s及η~s是CO~2开始析出的电位及超电位)以及I~M、φ~I与pH的关系(I~M、φ~I分别为给定电位下的质谱强度及给定I~M下的电位)均为一折点在的pH～7的折线。这暗示酸、碱介质中有不同的氧化机理。pH>7时,η~s及Tafel斜率b均较pH<7时的大。似可推断在酸性介质中形成CO~2所需的氧原子来自水分子放电,其活性明显大于来自碱性溶液中OH^-放电产生的氧原子。因而在酸性介质中炭氧化为CO~2较碱性介质中易于进行。两种炭之间氧化活性亦有明显区别。活性炭的φ~s比φⅲ(O~2/H~2O)负400-600mV;乙炔黑的φ~s则接近或正于φⅲ(O~2/H~2O)。前者的I~M及b均后者大。乙炔黑较低的氧化活性可归因于其较高的有序性结构。     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法的研究 Ⅰ.溶液pH值对不同碳材料的影响

用MSCV法研究了活性炭及乙炔黑在pH1—12范围内的电氧化,两种炭的φ_s、η_s与pH的关系(φ_(?)及η_(?)是CO_2开始析出的电位及超电位)以及I_M、φ_I与pH的关系(I_M、φ_I分别为给定电位下的质谱强度及给定I_M下的电位)均为一折点在的pH～7的折线.这暗示酸、碱介质中有不同的氧化机理.pH>7时,η_s及Tafel斜率b均较pH<7时的大.似可推断在酸性介质中形成CO_2所需的氧原子来自水分子放电,其活性明显大于来自碱性溶液中OH~-放电产生的氧原子.因而在酸性介质中炭氧化为CO_2较碱性介质中易于进行.两种炭之间氧化活性亦有明显区别.活性炭的φ_(?)比φ°(O_2/H_2O)负400—600mV;乙炔黑的φ_s则接近或正于φ°(O_2/H_2O).前者的I_M及b均较后者大.乙炔黑较低的氧化活性可归因于其较高的有序性结构.     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究 Ⅱ.催化剂的影响

用MSCV法研究了Pt催化剂作用下,碳材料在pH 0.3～11.8范围内的阳极腐蚀.Pt催化剂明显加速了活性炭及乙炔黑的腐蚀速度,使这两种电极上CO_2开始析出的电位φ_s明显负移,以致均负于φ_(O_2/H_2O).因此两种碳电极无论作为阳极还是氧阴极工作时均会被腐蚀.Pt对乙炔黑的催化活性明显强于活性炭.对于活性炭,Pt并不改变CO_2的φ_s-pH及η_s-pH曲线的形状(η_s-CO_2开始析出的超电势)(即无论有无Pt它们均为折点在pH～7的折线).然而乙炔黑的情况更为复杂.Pt使CO_2的φ_s-pH及η_s-pH形状从折线变为直线;在CO_2的I_(M-φ)曲线上出现两个波.它们似与乙炔黑上两种表面氧化物相对应.     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究 II:催化剂的影响

用MSCV法研究了Pt催化剂作用下, 碳材料在PH0.3～11.8范围内的阳极腐蚀.Pt催化剂明显加速了活性炭及乙炔黑的腐蚀速度, 使这两种电极上CO2开始析出的电位ΦO2/H2O。因此两种碳电极无论作为阳极还是氧阴极工作时均会被腐蚀。Pt对乙炔黑的催化活性明显强于活性炭, 对于活性炭, Pt并不改变CO2的ΦS-PH曲线的形状(ηS-CO2如析出的超电势)(即无论有无Pt它们均为折点在PH～7折线)。然而乙炔黑的情况更为复杂, Pt使CO2的ΦS-PH及ηS-PH形状从折线变为直线; 在CO2的IM-Φ曲线上出现两个波。它们似与乙炔黑上两种表面氧化物相对应。     

碳材料电化学腐蚀的质谱-电化学循环伏安(MSCV)法研究 II:催化剂的影响

用MSCV法研究了Pt催化剂作用下, 碳材料在PH0.3～11.8范围内的阳极腐蚀.Pt催化剂明显加速了活性炭及乙炔黑的腐蚀速度, 使这两种电极上CO2开始析出的电位ΦO2/H2O。因此两种碳电极无论作为阳极还是氧阴极工作时均会被腐蚀。Pt对乙炔黑的催化活性明显强于活性炭, 对于活性炭, Pt并不改变CO2的ΦS-PH曲线的形状(ηS-CO2如析出的超电势)(即无论有无Pt它们均为折点在PH～7折线)。然而乙炔黑的情况更为复杂, Pt使CO2的ΦS-PH及ηS-PH形状从折线变为直线; 在CO2的IM-Φ曲线上出现两个波。它们似与乙炔黑上两种表面氧化物相对应。     

邻苯二胺、邻氨基酚的电化学聚合及聚合的膜性质

邻苯二胺(ODB), 邻氨基酚(OAP)在酸性水溶液中易电聚合, 可形成致密的聚合膜。聚邻苯二胺(PODB)在PH<4时具有电活性, 其氧化还原反应与电变色效应对应。聚邻苯二胺,聚邻氨基酚(POAP)膜电极电位在pH=4～10范围对pH有Nernst响应, 电极系数分别为59mV/pH和57mV/pH。响应时间小于3分钟。PODB, POAP膜能与Ni~(2+), Co~(2+)过渡金属离子形成稳定的聚合络合膜。此膜在碱性介质中具有稳定的循环伏安行为, 膜中的金属离子可被H~+交换。PODB电极的—NH_2基可再修饰引入醌/氢醌功能团。     

炭在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能

研究了活性炭粉在熔融碳酸盐中的直接电化学氧化性能. 通过线性扫描伏安曲线的测试发现, 将炭粉用酸处理, 碳酸盐中的炭含量、炭粒径、反应温度和反应气氛均会对活性炭的电化学氧化性能产生影响. 研究结果表明, 用HCl处理活性炭, 升高反应温度, 适当增加炭含量及炭粒子粒径和通入N2气均会提高活性炭的电化学氧化活性. 经HCl处理的、炭含量为15 g和炭粒径<100 μm的活性炭在850 ℃下、在N2气保护下和电位扫描速率为20 mV/s时的开路电位(OCP)为-1.40 V, 在-0.4 V下的电流密度可达到200 mA/cm2.     

甲烷部分氧化制合成气Pt-Ni/Al~2O~3催化剂的研究

研究了Ni/Al~2O~3,Pt/Al~2O~3和一系列Pt-Ni/Al~2O~3催化剂对甲烷部分氧化制合成气的催化作用,发现Pt-Ni/Al~2O~3催化剂显示了比Ni/Al~2O~3和Pt/Al~2O~3更高的活性和稳定性。H~2-TPR,CO-TPD,CO~2-TPD,SEM,XPS和XRD等结果证明:Pt和Ni之间存在较强的相互作用,Pt和部分Ni形成固溶体合金并且Pt在催化剂表面富集。Pt和Ni之间的相互作用提高了催化剂的活性和稳定性,甲烷在Pt-Ni/Al~2O~3上的催化部分氧化具有不同于在Pt/Al~2O~3和Ni/Al~2O~3上的反应性能。     

乙炔黑涂层对锂硫电池性能的影响

锂硫电池的循环放电稳定性较低,因此我们采用一种低成本的方法改善锂硫电池的性能,即在硫电极表面制备乙炔黑涂层并测试了材料的形貌结构及电化学性能。结果表明,在硫含量（质量分数）70%的硫-乙炔黑复合材料中,硫附着在乙炔黑颗粒表面。接着在硫电极表面制备了厚度15 μm左右的乙炔黑涂层,乙炔黑涂层-硫电极的氧化反应电位低于硫电极,说明乙炔黑涂层有助于硫电极氧化反应的进行。与硫电极相比,乙炔黑涂层-硫电极活性物质的聚集程度低于硫电极,乙炔黑涂层-硫电极具有更高的放电比容量和循环放电稳定性。在150次循环充放电后,乙炔黑涂层-硫电极的放电比容量为894 mAh·g^-1。     

碱性介质中甲醇在铂电极表面吸附和氧化的电化学原位FTIR反射光谱和EQCM研究

运用电化学循环伏安、原位FTIR反射光谱和石英晶体微天平(EQCM)等方法研究了碱性介质中甲醇在Pt电极表面吸附和氧化行为. 结果表明: 甲醇电氧化与溶液酸碱性有密切的关系. 酸性介质中甲醇在Pt电极上的CV曲线有两个正向氧化峰, 而碱性介质中只有一个正向氧化峰, 第二个氧化峰的消失可能是由于碱性介质中Pt电极在高电位下形成高氧化态的氧物种毒化其表面引起的. 碱性介质中甲醇解离吸附产物的数量比酸性介质的明显减少, 对甲醇氧化的第一个氧化峰表现出更高的电催化活性. 目前实验条件下, 原位FTIR反射光谱检测到: 碱性介质中甲醇电氧化的最终产物是CO₂和CO₃^2－, 反应中间体主要为HCOO^－物种. 从电极表面质量定量变化的角度提供了甲醇反应机理的新数据.     

夹心杂多化合物的合成及晶体结构

PW~9O~3~4^9^-(简写PW~9)阴离子可以与Sn^4^+反应生成[Sn~3^I^V(PW~9O~3~4)~2]^6^-杂多化合物。标题化合物经元素分析、红外、极谱、^3^1P和^1^8^3W核磁共振谱、X射线光电子能谱及X射线单晶测定了结构。K~5O~4Na~4H~5[Sn~3(PW~9O~3~4)~2].16H~2O的单晶是单斜晶系,空间群P2~1/n,晶胞参数a=1.3625(3)nm,b=2.3625(5)nm,c=2.9306(6)nm,α=90ⅲ,β=99.67(3)ⅲ,γ=90ⅲ,V=9.299nm^3,Z=4。它是一种三个Sn^4^+在两个PW~9单元间的夹心结构。     

均分散球形氧化铕超细微粒的制备和表征

采用尿素分解法制备了均分散球形Eu(OH)CO~3·H~2O超细沉淀粒子,进一步在空气中750℃下焙烧4h,得到了均分散球形氧化铕超细微粒。考察了各种反应条件的影响,获得了最佳的制备条件。用XRD,IR,TEM,TG以及比表面测定等手段对样品进行了表征。     

一个新的超大铈锑钨酸盐阴离子Ce~3Sb~4W~2O~8(H~2O)~1~0(SbW~9O~3~3)^1^9^-~4

合成了一超大铈锑钨酸盐[Ce~3Sb~4W~2O~8(H~2O)~1~0(SbW~9O~3~3)~4](NH~4)~1~9.48H~2O,用X射线单晶衍射法及元素分析确定了其结构。其晶胞参数为：a=1.8908(6)nm,b=2.0032(14)nm,c=2.8653(12)nm,α=86.95(6)°,β=75.68(3)°,γ=67.52(5)°,V=9.706(9)nm^3,空间群P1。在杂多阴离子Ce~3Sb~4W~2O~8(H~2O)~1~0(SbW~9O~3~3)^1^9^-~4中,四个β-B-(SbW~9O~3~3)^9^-是通过一个大的中心集团[Ce~3Sb~4W~2O~8(H~2O)~1~0]^1^7^+连接起来的,中心集团中含有两个桥连{WO~2(H~2O)}基,三个Ce(Ⅲ)离子和一个{Sb~4O~4}基团。三个Ce(Ⅲ)离子的配位数均为9,Ce(1)和Ce(3)的配位环境相同,但不同于Ce(2)的配位环境,四个{SbW~9O~3~3}中的三个参与了向Ce(Ⅲ)的配位。两个{SbW~9O~3~3}中的四个氧,三个水分子中的三个氧,{Sb~4O~4}中的一个氧及一个桥连{WO~2(H~2O)}中的一个氧向Ce(1)[或Ce(3)]配位;两个{SbW~9O~3~3}中的四个氧,两个水分子中的两个氧,{Sb~4O~4}中的一个氧及两个桥连{WO~2(H~2O)}中的两个氧向Ce(2)配位。在{Sb~4O~4}中,四个Sb原子的中心构成了一四面体。该离子属C~s点群,Sb(5),Sb(8)和Ce(2)所在的平面是其对称面。     

[Cu(C~1~2H~8N~2)(H~2O)(C~4H~4O~4)]·2H~2O的合成和晶 体结构

将适量邻菲啰啉、丁二酸和CuCl~2·2H~2o(摩尔比=1:1)溶于水和甲醇的混合溶剂[V(水):V(甲醇)=1:1]后,滴加NaOH溶液至pH=4.8。滤去沉淀物后,滤液于室温下缓慢蒸发得蓝色细长[Cu(C~1~2H~8N~2)(H~2O)(C~4H~4O~4)]·2H~2O晶体。晶体属三斜晶系,P1(No.2)空间群。晶胞参数a=0.7462(1)nm,b=(0.9959)1nm,c=1.2266(1)nm,α=75.02(1)°,β=82.38(1)°,γ=74.76(1)°,V=0.8475(2)nm^3,Z=2,D~c=1.622g·cm^3,F(000)=426.3882个独立衍射点中,2789个可观测点满足F~0^2≥2σ(F~0^2),R=0.0450,wR^2=0.0951。配合物内每个Cu与邻菲啰啉螯合配体中的2个N原子、来自不同羧酸根的2个羧基O和1个水分子O原子配位,形成扭曲的四方锥体,其中一羧基O位于锥顶[d(Cu－N)=0.2006(3),0.2032(3)nm;赤道d(Cu－O)=0.1972(2),0.1973(2)nm;轴向d(Cu－O)=0.2210(2)nm]。双齿桥联丁二酸根连接Cu原子形成平行于[100]方向的多聚超分子链^1~∞[Cu(phen)~2(H~2O)·(C~4H~4O~4)~2~/~2]~2。芳环堆积间距交替为0.366nm和0.380nm。未配位的H~2O分子位于超分子双链之间。     

乙烷在氧化镍上催化氧化脱氢的反应机理研究

应用O~2-TPD,脉冲实验,原位Weiss磁测量以及TAP(temporalanalysisofproducts)技术对NiO上的乙烷氧化脱氢制乙烯催化作用机理进行了研究。结果表明,NiO中的非化学计量氧表现出与气相氧交换的可逆性,其中在较低温度下脱附的α氧(很可能是O~2^-,O~2^2^-)仅存在于催化剂表面,与气相氧交换迅速,而较高温下脱附的β氧(很可能是O^-)不仅存在于催化剂表面,还存在于催化剂体相。β氧较α氧表现出更高的乙烯选择性。在反应条件下,Ni均应处于高氧化态(Ni^(^2^+^δ^)^+,0≤δ≤1),一旦催化剂中有微量Ni^0生成,乙烷便发生裂解反应,乙烯选择性立即降为零。乙烷在NiO上的氧化脱氢(ODHE)的可能反应机理为:首先乙烷与NiO中的非化学计量氧O~n(~s~)作用脱除一个α-H生成乙基自由基,然后进一步脱除一个β-H生成乙烯,乙烯生成的整个过程是在催化剂表面上进行的;副产物CO~2是由表面乙烯进一步氧化(很可能是与O~2^-,O~2^2^-作用)生成的。失去O~n~(~s~)的NiO在反应体系(一定的氧分压)中,重新生成含非化学计量氧的NiO。     

盐卤硼酸盐化学XVII.MgO-B~2O~3-28%MgCl~2-H~2O体系20℃热力学非平衡态液固相关系研究

用动力学方法对MgO.nB~2O~3在28%MgCl~2-H~2O浓盐溶液中形成的过饱和溶液的结晶过程进行研究, 首次得到MgO-B~2O~3-MgCl~2-H~2O体系过饱和区内的液固相关系图, 即热力学非平衡态液固相关系图。该相图有六个相区: H~3BO~3,MgO.3B~2O~3.7.5H~2O, MgO.3B~2O~3.7H~2O, 2MgO.2B~2O~3.MgCl~2.14H~2O,3Mg(OH)~2.MgCl~2.8H~2O和5Mg(OH)~2.MgCl~2.8H~2O。拟合得到各结晶过程的动力学方程, 同时对结晶机制进行了探讨。     

纳米Bi~2O~3微粒的固相合成及其电化学性能的研究

用室温和低温固相反应法,采用两种反应途径合成了纳米Bi~2O~3微粒,并用XRD,TEM,CV及恒流充放实验对其性能进行了研究。     

四Schiff碱(二苯并-18-冠-6)及其钾(I)/钴(II)配合物的合成和 性质

由二苯并-18-冠-6出发,合成了4',4',5',5'-四(2-羟基苯亚甲基亚氨基)二苯并-18-冠-6(L^1H~4)及其5位取代衍生物(取代基R=CH~3,OH,OCH~3,Cl,NO~2)L^2H~4～L^6H~4。它们依次与硝酸钾和醋酸钴反应,制得1:1:2的钾(I)/双钴(II)配合物LCo~2.2H~2O.KNO~3(L=L^5,L^6)或其某些二氧加合物LCo~2(2O~2).2H~2O.KNO~3(L=L^1～L^4)。考察了取代基R和冠醚环配合的钾离子对二氧加合物形成及稳定性的影响。结果表明,含吸电子基(R=Cl,NO~2)的钾(I)/双钴(II)配合物不能形成二氧加合物;冠环中的钾离子会导致二氧加合物中两个Co-O~2键热稳定性的差异。     

{[(K·TPPO·DB~1~8C~6)~2(C~4H~8O~2)](HgI~3)~2}·3C~4H~8O~2单晶的合成、性质和结构表征

用二苯并-18-冠-6(DB18C6)和三苯基氧化膦(TPPO)的三氯甲烷溶液从KI介质中萃取Hg(Ⅱ), 先制得固体协萃配合物, 在二氧六环(C~4H~8O~2)中重结晶得标题物单晶, 对单晶进行了熔点测定、热重和红外光谱分析, 测定了结构。晶体属P1空间群, 晶胞参数a=1.4211(2), b=1.4488(4), c=1.4934(4)nm; α=113.61(2),β=110.78(1), γ=87.29(2)°。晶体中每个K与一个DB18C6上的六个O和一个TPPO上的一个O配位的同时, 每两个K还与一个C~4H~8O~2上的两个O配位, 桥连成中心对称的二聚[(K·TPPO·DB18C6)~2(C~4H~8O~2)]^2^+配阳离子; 每两个Hg通过两个I桥连成二聚[HgI~3]~2^2^-配阴离子; 阴阳离子相间排列。另外三个C~4H~8O~2分子填充于晶格间隙中。