恒电位氧化改性石墨毡及其氧还原电极的电化学性能

分别采用循环伏安改性法和恒电位氧化法对石墨毡进行改性处理,并采用循环伏安法对其电化学性能进行研究,实验结果表明,恒电位氧化改性较循环伏安改性的石墨毡有较好的氧还原活性。通过XRD、FTIR、接触角和CV针对恒电位氧化处理石墨毡进行了进一步的测试。测试结果显示,随恒电位氧化时间的增加,石墨毡表面亲水性含氧官能团增加,润湿性增强。恒电位氧化改性处理25 min的石墨毡氧还原峰电位及电流密度分别为~-0.43 V和~0.003 4 mA·cm^-2,显示出很好的电化学催化性能。基于以上结果,恒电位氧化法改性处理能够极大提高石墨毡的氧阴极活性。     

恒电位氧化改性石墨毡及其氧还原电极的电化学性能

分别采用循环伏安改性法和恒电位氧化法对石墨毡进行改性处理,并采用循环伏安法对其电化学性能进行研究,实验结果表明,恒电位氧化改性较循环伏安改性的石墨毡有较好的氧还原活性。通过XRD、FTIR、接触角和CV针对恒电位氧化处理石墨毡进行了进一步的测试。测试结果显示,随恒电位氧化时间的增加,石墨毡表面亲水性含氧官能团增加,润湿性增强。恒电位氧化改性处理25 min的石墨毡氧还原峰电位及电流密度分别为~-0.43 V和~0.003 4 mA·cm^-2,显示出很好的电化学催化性能。基于以上结果,恒电位氧化法改性处理能够极大提高石墨毡的氧阴极活性。     

全钒氧化还原液流电池用石墨毡电极的分步氧化活化

石墨毡电极是组成钒电池的关键材料,其较低的电化学活性是造成钒电池功率密度较低的关键因素之一. 本论文采用一种简便的石墨毡电极分步氧化活化法,先将石墨毡在高锰酸钾溶液中进行氧化,后置于活化溶液中激发其反应活性. 通过对处理后的石墨毡进行循环伏安、交流阻抗测试、XPS以及SEM表征,发现氧化时间和活化溶液组成是影响电极性能的因素,在本文中,先经过3天氧化时间,后在配比为3:1的活化溶液中处理的电极,较其他方法处理的电极,电荷传递电阻明显降低,其与溶液之间的接触电阻最低,为7.33 Ω·cm ²,氧化还原峰值比更接近于1,有效提高了反应的活性与可逆性,经X射线光电子能谱分析发现性能提高的原因与表面含氧官能团数目增加有关. 单电池性能测试结果进一步证实,利用该方法处理的石墨毡为电极的单电池,较未经处理的电池相比性能更优,有更高的放电容量和能量效率,在100 mA·cm ^-2电流密度下,能量效率较未处理电极高出7.47%. 与热处理法、酸处理法及电化学氧化法相比较,该方法不需要辅助设备,不消耗能源.     

氧还原电化学催化剂研究的最新进展（英文）

燃料电池可以在接近室温条件下将氢或烃类中蕴含的巨大化学能通过电化学途径直接转化为清洁、稳定、可持续的电能,因而被视为极有前景的、能够满足日益增长的世界能源需求的终极解决方案之一.在一个典型的氢燃料电池中,氢在正极氧化而氧在负极还原,从动力学角度说,氧还原反应(ORR)比氢氧化反应进行的慢得多.无论是在酸性还是碱性条件下,氧的还原都可以一个四电子过程或是两个双电子过程进行,当然在酸性和碱性环境中反应的机理不同.铂一直是最有效的ORR催化剂,但受到价格昂贵、稳定性差和易中毒等因素的制约,目前非铂催化剂成为越来越引人瞩目的发展方向.本综述试图从分子催化剂、金属纳米材料催化剂、金属氧化物催化剂和新兴的二维材料催化剂等方面,选取近十年来最能代表ORR电化学催化剂方面成就的例子分析其优缺点,并为今后该领域的研究提供一些有益的思路.典型的分子催化剂是卟啉类化合物,当这种四齿的N4配体与过渡金属特别是铁、钴络合时,往往显示出良好的ORR催化性能,多数情况下其中的过渡金属中心、配体和碳支撑体系共同组成催化剂的活性中心.在另一些报道中,邻菲罗啉或是连吡啶型N_2化合物也可以作为配体使用.第四和第五副族的很多金属形成的不同价态的氧化物都具有氧还原活性,比如MnO_x,CoO_x,TiO_x,ZrO_x,IrO_x等.金属氧化物表现出易于修饰,不容易团聚和抗腐蚀等诸多优点,而其良好的ORR性能与表面的缺陷密切相关,因此钙钛矿型氧化物ABO_x也引起人们的广泛关注,人们可以通过调节氧化物的晶型、尺寸和组成来获得更好的催化性能.近年来随着液相合成技术的发展,人们可以制备出理想形状和尺寸的单分散纳米粒子,然后通过旋涂、自组装等手段将其修饰到合适的电极上以获得增强性能的ORR催化剂.通过形状与尺寸调控,或组合成其它复杂的纳米结构,都有可能提高催化活性或是稳定性,因此有关纳米催化剂的研究日趋增多.在此基础上,考虑到石墨烯的可修饰性和良好的电化学性能,纳米材料复合石墨烯所形成的二维或三维结构也可提供很好的氧还原催化性能,而MoS_2代替石墨烯作为支撑物所构成的二维催化剂也是值得注意的研究方向.综上所述,尽管现有的非铂催化剂仍难以完全满足商业化的要求,设计理念和合成方法的快速发展有望在不远的将来解决这一难题.而设计合成可控尺寸、形状、组成和表面形貌的纳米催化剂在很大程度上将加速这一进程.     

乙烯在钯圆盘电极的电化学氧化研究（英文）

由于巨大的潜在市场,乙烯的电化学氧化受到愈来愈多的关注。目前,主流的电化学氧化法仍以依赖于氧化还原媒介的介导氧化法为主,而这些媒介的使用在电解过程中产生大量的腐蚀性中间体,使其实际应用受到阻碍。直接电氧化法可有效规避此问题,但又受到低活性和低选择性的限制。在本工作中,我们针对目前最先进的钯催化直接氧化体系,在中性条件下开展了一系列电化学研究,以对该过程的机理获取更深入的认识。在氮气和乙烯氛围下,钯电极的循环伏安谱图有显著区别。我们发现电解过程中生成的Pd(Ⅱ)物种在乙烯氛围下可绕过原本的电化学还原路径,通过一个化学步还原为Pd(0),因此可能是乙烯氧化的活性位点。Pd(Ⅱ)物种所对应的还原峰也因此可作为乙烯吸附的数量的指标。通过电化学脉冲序列的设计,我们在钯催化剂上识别了两种具有不同吸附强度的乙烯,其强、弱吸附模式所对应的电荷转移比例约为0.3:1。弱吸附的乙烯在钯电极表面表现出可逆的吸脱附行为,而具有强吸附模式的乙烯无法通过物理过程脱附,可能指向到乙烯深度氧化过程。这项工作为进一步设计高性能乙烯直接电氧化催化剂提供了设计思路和方向。     

电聚合制备聚苯胺@石墨毡复合电极及其在电芬顿过程中的高效电催化性能（英文）

作为一种高级氧化技术(AOPs),芬顿氧化法(Fenton)因其操作简单、绿色高效而备受关注.其基本原理是Fe~(2+)催化H_2O_2产生的羟基自由基(·OH)进攻有机物使之降解为无机小分子或盐.电芬顿法(Electro-Fenton,E-Fenton)是利用电化学方法原位生成H_2O_2的Fenton衍生法,其优点在于不需要从外界加入H_2O_2、高效节能、无选择性、并且易于和其他处理技术耦合,是一种非常有价值和应用前景的新型水处理技术.电芬顿技术的理论探究和工艺优化,是当今高级氧化技术的理论和实践研究的重要内容.E-Fenton过程的关键步骤是阴极材料上氧还原反应(Oxygen reduction reaction,ORR)持续生成H_2O_2.由于析氢过电位高、稳定性好、性能优异,碳材料成为ORR反应最常用的电催化阴极材料.石墨毡作为一种三维多孔立体材料,具有电化学活性面积大、传质好、导电性强、价格低等优点,是ORR的理想阴极材料.聚苯胺材料作为一种导电高分子材料,价格便宜、加工性好、且含有丰富的N原子,在基础研究和实际应用领域都十分活跃.我们创新性地采用电聚合的方法合成了聚苯胺@石墨毡(PANI@GF)复合电极,并通过降解邻苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate,DMP)研究了其在电芬顿过程中的电催化性能.通过扫描电镜、X射线光电子能谱分析对电极表面结构和杂原子掺杂性进行了物化表征.结果显示PANI@GF复合电极同时具有宏观和微观的三维多孔结构,这种结构蓬松的多孔结构为氧气提供了合适的传递通道和足够的反应面积.所制备复合电极中N原子含量约为1.9%,且吡啶N和吡咯N的含量相对较高.这些N原子来自聚苯胺分子中含有的大量N原子,并能够促进ORR反应.石墨毡和聚苯胺两种材料的在结构和组分上的特点,使得PANI@GF复合电极具有优异的电芬顿降解DMP的性能.在DMP浓度为50 mg/L、电位0.5 V(vs.SCE)、氧气流速为0.4 L/min的条件下,其DMP降解反应表观动力学常数达0.0753 min-1,是石墨毡电极表观动力学常数(0.0151 min-1)的5倍.PANI@GF复合电极制备的最优聚合时间和碳化温度分别为1 h和900°C.这是因为聚合时间太长,可能导致聚苯胺层厚度大,微孔结构被堵塞,进而降低了反应活性面积和影响氧气传质效果,使得电极性能下降;而聚合时间太短,可能导致电极复合不充分.高温碳化可以使石墨毡表面聚苯胺层形成更多的孔结构,从而有利于ORR过程.DMP降解过程中氧气流速、Fe~(2+)用量以及p H值等工艺条件对电极性能有一定的影响,结果表明其相应的优化值分别为0.4 L/min、1.0 mmol/L和3.0.当氧气流速过低时,溶液中低浓度的溶解氧使ORR过程受传质过程限制,导致电极不能充分反应;当氧气流速过大时,并不会增加已经达到饱和的溶液中的氧气浓度,而过大的氧气速率会冲击电极表面,降低电极稳定性而影响其催化性能.对Fe~(2+).用量而言,E-Fenton过程有多种Fe循环途径,不同的铁含量对于电极性能影响不明显.因此,1.0 mmol/L的Fe含量足够满足实验需要.p H值对E-Fenton过程至关重要,p H较高时,铁离子会形成配合物,阻碍铁循环,并且会导致H_2O_2的分解,从而降低电极DMP降解性能;而当p H太低时,较多的酸增加成本,且需要后续处理过程以消除酸的影响.实验结果表明3.0是最优p H值,与传统Fenton方法的最适p H相符.PANI@GF复合电极具有高效催化降解DMP的能力,在电芬顿技术处理有机废水中有潜在应用.     

镍纳米线电极的电化学氧化还原行为及其对乙醇的电化学氧化催化作用

镍电极;电池;电催化;镍纳米线电极的电化学氧化还原行为及其对乙醇的电化学氧化催化作用     

Pt单晶电极上氧和过氧化氢还原反应研究进展（英文）

氧还原反应(ORR)可能是电催化中最重要的阴极过程.尽管最近几年有关ORR反应的实验和理论研究很多,但ORR反应完整的机理尚未完全阐述清楚.本文总结了在单晶Pt电极上ORR反应研究的最新进展,特别是有关表面电荷的影响和可能的反应路径,并基于这些研究结果给出了ORR反应机理.     

氟化石墨材料的改性及其电化学性能研究

本文以商用氟化石墨为原料,通过水合肼还原的方法对氟化石墨（CF_x）进行改性处理,系统研究了不同水合肼用量对材料电化学性能的影响. 采用XRD、SEM、EDS、XPS、交流阻抗（EIS）和恒流放电测试技术,对改性氟化石墨材料的物相及电化学性能进行了分析研究. 结果表明,采用改性氟化石墨材料制备的锂/氟化碳（Li/CF_x）电池的电压滞后现象得到明显改善,且不同水合肼用量对材料的电化学性能有重要影响. H-CF_x-2（CF_x：C₂H₆O：N₂H₄·H₂O 的比例为1：2：1）材料的综合性能最佳,在0.1C 倍率下,材料的克比容量达到794.5 mAh·g^-1,平台电压为2.53V,电压滞后现象的低波电压为2.37 V.     

钒氧卟啉化合物的氧化还原电位

１引言 氧化还原电位是金属卟啉化合物的重要性质。一方面它们是合成产物与天然化合物特征对比的重要参数,可以用来判断这些产物或化合物传递氧的能力,另一方面可以通过这类化合物氧化还原反应的可过程度,总结有机化合物氧化还原反应的选择性和方向性。 钒氧四苯基叶琳（ＶＯ－ＴＰＰ）、钒氧四对氯苯基ＵＦ琳（ＶＯ－ＴＣＩＰＰ）和钒氧四吡啶基卟啉（ＶＯ－ＴＰｙＰＰ）的氧化还原电位迄今未见详细报道。本实验利用循环伏安法得到的半波电位,试图判断它们电极反应的可逆性。２实验部分２．１仪器和试剂ＸＪＰ－８２１（Ｂ）ＡＤ３新极…     

具有高效电化学储能的中空网状笼还原氧化石墨烯（英文）

通过ZnO模板辅助电沉积法制备了中空网状笼还原氧化石墨烯,具有纳米管、多孔结构、网状结构和3D微米中空笼等多层次架构.这样的结构能够同时促进电化学活性物种的传输,提高电极材料的利用率,以及提升超级电容器性能.该类中空网状笼还原氧化石墨烯做超级充电器电极材料时表现出了优良的电化学性能,研究结果显示,在1.0 A·g~(-1)时比电容达到393 F·g~(-1).而且当电流密度从1.0 A·g~(-1)增加到20 A·g~(-1),电容仅衰减了21.2%,10000周循环后比电容损失小于1%,表明具有优异的电容稳定性.     

电泳沉积制备氧化石墨烯-银电极及其氧还原催化性能

通过在1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中超声剥离氧化石墨制备出稳定的氧化石墨烯（GO）分散液,添加AgNO₃使氧化石墨烯吸附Ag+而带正电荷。采用电泳沉积法使GO沉积到阴极的玻璃碳电极上,Ag+被电化学还原为单质银,均匀的分散在GO片层当中。通过AFM、SEM、Raman、XRD及元素面扫分析对制备电极的形貌、结构进行表征。在碱性环境中进行氧还原测试,结果表明GO+Ag电极的氧还原起始电位较玻璃碳电极最大正移228mV,还原电流密度最大为7.564mA·cm^-2,是玻璃碳电极的3.4倍。通过不同转速下的线性扫描曲线绘制Koutechy-Levich图,计算氧还原反应的电子转移数为3.3。     

电泳沉积制备氧化石墨烯-银电极及其氧还原催化性能

通过在1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中超声剥离氧化石墨制备出稳定的氧化石墨烯(GO)分散液,添加AgNO3使氧化石墨烯吸附Ag+而带正电荷。采用电泳沉积法使GO沉积到阴极的玻璃碳电极上,Ag+被电化学还原为单质银,均匀的分散在GO片层当中。通过AFM、SEM、Raman、XRD及元素面扫分析对制备电极的形貌、结构进行表征。在碱性环境中进行氧还原测试,结果表明GO+Ag电极的氧还原起始电位较玻璃碳电极最大正移228 mV,还原电流密度最大为7.564 mA·cm-2,是玻璃碳电极的3.4倍。通过不同转速下的线性扫描曲线绘制Koutechy-Levich图,计算氧还原反应的电子转移数为3.3。     

部分氧化碳化硅提高钯催化氧还原反应性能（英文）

燃料电池具有能量转换效率高的优点,是能量转换与储存的高效器件之一.目前,燃料电池阴极氧还原反应(ORR)动力学缓慢,并且催化ORR大量使用铂碳(Pt/C)催化剂,由于Pt储量少,价格高,载体碳材料易发生碳蚀导致催化剂稳定性降低,限制了其进一步商业化应用.钯(Pd)与Pt为同族元素,具有相似的电子结构和化学性质,其储量是Pt的50倍,同时, Pd具有良好的抗甲醇毒性和抗一氧化碳毒性,因此,被视为燃料电池中阴极Pt催化剂的潜在替代品.但商用Pd/C催化剂的ORR活性较Pt/C差,因此,大量的研究工作集中在提高Pd基ORR催化剂的活性方面:将Pd与具有3d轨道的金属形成合金或将Pd负载到不同的载体上.通过选择合适的载体影响Pd的电子结构,从而提高催化剂活性和稳定性,是一种较简单的、有利于规模化生产Pd基ORR催化剂的方法.碳化硅(SiC)具有良好的电化学稳定性、热稳定性、机械强度和较强的供电子能力,可被用作ORR的金属催化剂载体.然而,由于金属与SiC作用较弱,需要制备特殊形貌的SiC或将SiC表面改性;通常,这些SiC基载体的制备过程复杂并且成本高.而在有氧条件下制备、保存或使用SiC时,...     

氧化钯作为电位型传感器中敏感电极的工作机理（英文）

研究了基于氧化钯(PdO)电极的电位型传感器的敏感特性,并探讨了其敏感机理。首先,利用Mg、Ni和La元素对PdO电极进行掺杂,将掺杂后的PdO电极印刷在氧化锆电解质上,制备成电位型传感器,并对一氧化碳(CO)的敏感特性进行了测试。由于掺杂后的PdO电极表面缺陷增加,这有利于对CO的吸附,有效地提高了传感器的灵敏度。其次,为了探究敏感信号的来源,PdO电极分别印刷在氧化铝和沸石基片上,同样测试了对CO的敏感特性。其中PdO电极与沸石所组成的电位型传感器对CO浓度可以产生阶梯型响应。最后,对传感器分别进行了电阻和阻抗谱的测量,测量结果表明:传感器的响应可以归因于电极和电解质之间界面电位的变化。综合上述研究结果,建立了电偶层模型来解释基于PdO电极的电位型传感器的工作机理。     

超微电极上恒电位法苯胺的电化学聚合研究

本文对超微盘电极上苯胺的恒电位电化学聚合进行了研究，对聚合电流随时间的关系进行了详细的讨论，提出了径向聚合计时电流方程式并进行了验证，实验结果与理论相符。     

酸液辅助电化学氧化法脱除单质汞性能研究（英文）

以铂片为阴极,氟掺杂二氧化锡(FTO)玻璃为阳极,提出了一种新型酸液辅助电化学氧化法(AEO)脱除单质汞(Hg⁰)技术,探讨了酸类型、硝酸浓度、外加直流电压、电解质类型、SO₂、NO和O₂对脱汞效率的影响。研究结果表明,随着直流电压和硝酸液浓度的升高,脱汞效率逐渐上升;硝酸浓度增加至0.15 mol/L后,脱汞效率保持不变;SO₂和NO抑制了AEO体系中Hg⁰的去除,但这种抑制是可逆的。与单独实验条件的脱汞效率相比,在0.1 mol/L硝酸、4 V直流电压的实验条件下,电化学氧化脱汞的效率可达96%,硝酸与直流电压的协同作用起关键作用。基于实验结果,分析了AEO系统中脱除Hg⁰的机理：在阳极,Hg⁰被阳极表面氧化反应产生的羟基自由基(·OH)氧化去除;在阴极,溶解性氧或吸附在Pt表面的O₂经还原反应生成阴离子超氧自由基(·O₂^-)。在酸性条件下,电子会促进·O_...     

ZIF-67衍生的Ag/Co@NC材料及其氧还原性能的研究（英文）

氮掺杂的多孔碳材料可作为氧还原反应的催化剂,本文借助ZIF-67富氮多孔的特殊结构,采用湿式逐步还原法将Ag嵌入ZIF-67孔腔内,然后在Ar中碳化成功地制备了Ag/Co双金属嵌入的氮掺杂的多孔碳复合材料(Ag/Co@NC)作为氧还原反应的催化剂.为了证明Ag的突出作用,同时在Ar中碳化了ZIF-67制备了Co嵌入的氮掺杂的多孔碳材料(Co@NC).利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱以及比表面积分析对材料的显微形貌、物相组成、结构进行分析,采用循环伏安和线性扫描极化曲线对材料的氧还原催化活性和催化稳定性进行研究.结果表明,Ag的嵌入未改变ZIF-67的晶体结构,但是大大提高了材料的氧还原催化活性. Ag/Co@NC材料的半波电位和起始电位均高于Co@NC材料,且其在1000次循环伏安测试前后的半波电位变化仅为30 mV,显示出很好的催化稳定性和甲醇耐受性,可作为燃料电池和金属-空气电池的阴极催化剂.     

铜电极上二氧化碳还原机理的研究进展（英文）

本文从历史角度综述了二氧化碳在铜基催化剂上的还原机理的最新研究进展,对区分C1和C2产物路径发生的机制,以及调控二氧化碳还原产物选择性的影响因素和方法进行了重点阐述,着重讨论了如何利用电化学红外光谱与微分电化学质谱等技术在揭示反应机理方面的研究思路与方法学.     

电化学还原的氧化石墨烯修饰电极检测L-色氨酸

制备了氧化石墨烯修饰玻碳电极,并运用循环伏安法对氧化石墨烯进行了直接的电化学还原,研究了L-色氨酸在该电化学还原的氧化石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为。结果表明,L-色氨酸在该修饰电极上其氧化峰电流与裸玻碳电极相比增大了7.1倍,且峰电位负移80mV。利用差分脉冲伏安法,在pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液中测定L-色氨酸,氧化峰电流与其浓度在0.4～65.0μmol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.998,方法检出限为0.2μmol/L。