丝网印刷法制备高催化活性对电极

对电极在染料敏化太阳能电池（DSCs）中主要起催化氧化还原反应及收集电荷的作用,铂对电极常用的制备方法为磁控溅射法,但其成本较高,制备条件苛刻. 本文通过引入低成本的表面活性剂Span-85,所制得的铂对电极的附着力、透光率和均匀性显著改善,实现了面积可控,与两步浸泡法和旋涂热解法制备的对电极在DSCs中的光电转换效率分别为7.30%,6.96%和7.03%. 紫外-可见吸收光谱、扫描电镜和附着力测试等结果表明,（1）添加表面活性剂有利于增加附着力及改善透光率和均匀性;（2）使用该法制备的Pt/FTO对电极的透光率与两步浸泡法制作的相同,且铂粒子分布更加均匀. 电化学阻抗图谱、塔菲尔极化曲线和循环伏安曲线结果表明,丝网印刷方法制备的Pt/FTO对电极具有更加优异的催化性能,且该法更有利于降低其生产成本和大规模生产.     

AlF3包覆天然石墨负极材料的制备及其电化学性能

以天然石墨为原料,通过机械高速分散设备将天然石墨和AlF₃在液相介质中充分混合,混合液喷雾干燥后获得颗粒形态均匀分散的AlF₃包覆天然石墨（NG）复合负极材料（AF/NG）。一方面AlF₃包覆层有助于在天然石墨表面形成稳定的SEI膜,提升材料的循环稳定性;另一方面AlF₃的引入改善了锂离子在天然石墨内外的迁移与扩散,提升复合材料的倍率性能,0.5C倍率下放电比容量达到278 mAh·g^-1,同等倍率下比未包覆AlF₃样品提高了78 mAh·g^-1。合成工艺简单易管控,适合规模化商业生产。     

染料敏化太阳能电池对电极La2Mo2O7复合MWCNTs非Pt催化剂的制备与性能

通过高温固相法对醋酸镧（C₆H₉O₆La·xH₂O）与高钼酸铵（（NH₄）₆Mo₇O₂₄·4H₂O）在一定条件下热解制备非Pt催化剂La₂Mo₂O₇（La₂O₃-2MoO₂）。进一步采用2种方法将La₂Mo₂O₇与多壁碳纳米管（MWCNTs）进行复合,一种是将La₂Mo₂O₇喷涂到MWCNTs表层之上得到La₂Mo₂O₇/MWCNTs,另一种是将两者均匀混合掺杂得到La₂Mo₂O₇@MWCNTs,再将上述2种复合材料应用于染料敏化太阳能电池对电极进行相应研究。通过扫描电子显微镜（SEM）表征了复合催化材料的微观形貌,X射线衍射（XRD）确定了微观结构。采用电流密度-光电压曲线、循环伏安,交流阻抗以及塔菲尔极化分析了材料的光电性能。实验结果表明在电解液I₃^-/I^-中,基于La₂Mo₂O₇/MWCNTs与La₂Mo₂O₇@MWCNTs的对电极,相同的条件下在光电池中获得的光电转换效率分别为6.09%和4.84%,明显高于MWCNTs的3.94%和La₂Mo₂O₇的0.87%。电极性能的提高可归因于La₂Mo₂O₇复合催化剂相对大的比表面积和高导电性。     

石墨消解-ICP-MS法同时测定铜精矿中4种有害元素

为弥补标准检测方法的不足,建立了石墨消解-ICP-MS法同时检测铜精矿中Pb、Cd、As 和Hg等4种有害元素。确定了样品前处理和仪器分析条件。用铜精矿标准样品和参考样品分别进行7次重复实验,Pb、Cd和As的检测结果均在标准值范围内,Hg的检测结果与参考值基本一致。7次重复检测结果的变异系数符合GB/T 27417-2017《合格评定 化学分析方法确认和验证指南》要求。选择5种不同物相铜精矿作为待测样品,通过与标准方法比对,两种方法检测结果的绝对差符合标准方法的再现性要求,说明本方法适用于不同种类的铜精矿。本方法操作简单,可同时测定多种有害元素,实用性强。     

MnWO4/生物质衍生碳纳米复合催化剂的制备及催化性能

通过共沉淀法合成了双金属氧化物MnWO₄镶嵌生物质衍生碳（MnWO₄/BC）纳米复合催化剂,并将其作为对电极（counter electrode,CE）催化剂组装了染料敏化太阳能电池（dye-sensitized solar cell,DSSC）,探究了MnWO₄/BC在非碘体系中的催化性能和光伏性能。结果表明：在铜氧化还原（Cu²⁺/Cu⁺）电对DSSC中获得的光电能量转换效率（power conversion efficiency,PCE）为3.57%（D35）和1.59%（Y123）,高于Pt电极的PCE（3.12%,1.16%）;50次连续循环伏安测试表明,MnWO₄/BC催化剂具有较好的电化学稳定性。     

钨酸铋量子点和纳米片修饰石墨相氮化碳复合催化剂的制备及其可见光催化活性增强

利用超声-水热法、使用油酸钠辅助合成钨酸铋(Bi₂WO₆)量子点/纳米片修饰的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)(Bi₂WO₆/g-C₃N₄)复合光催化剂。 通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、N₂吸附-脱附等技术手段获得Bi₂WO₆/g-C₃N₄催化剂的组成、结构和光吸收性能,分析合成机理。 以罗丹明B(RhB)水溶液为模拟污染物,考察Bi₂WO₆/g-C₃N₄复合催化剂的可见光催化活性。 结果表明:g-C₃N₄和Bi₂WO₆的质量比为3:7的Bi₂WO₆/g-C₃N₄-30具有最有效的异质界面,电化学阻抗和光电流测试结果显示该催化剂的光生载流子传输速率快、复合率低,可见光照射120 min对RhB的降解率达到95.8%;通过活性物质捕捉实验获知光生空穴是光催化反应中的主要活性物质,分析异质界面对光催化活性的影响,进而提出光催化反应机理。     

对电极材料对非贵金属电催化剂耐久性评价的影响

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)环境友好,具有高的能量转换效率,已受到了广泛的关注.目前,铂基电催化剂广泛使用在 PEMFCs中,但铂的储量有限,活性低,耐久性差,成本高,急需开发高性能的非贵金属电催化剂替代铂基电催化剂.非贵金属电催化剂的电化学表征基本上都沿用了铂基电催化剂的评价体系和方法,不一定适用于非贵金属电催化剂的表征.
　　本文选用铂和石墨为对电极考察其对非贵金属电催化剂在酸性电解质中耐久性测试的影响.当使用铂对电极时,商业 Pt/C电催化剂的氧还原(ORR)活性随着耐久性测试圈数的增加而降低,而非贵金属电催化剂的氧还原活性在耐久性测试过程中的变化规律与商业 Pt/C不同,呈现先降低,后升高的规律.耐久性测试前后的透射电镜(TEM)分析表明非贵金属电催化剂经过耐久性测试后,在电催化剂表面生长了铂纳米颗粒.高分辨透射电镜(HRTEM)和能量色散 X射线光谱(EDX)进一步证明以铂为对电极的三电极体系,在进行非贵金属电催化剂耐久性测试的过程中,非贵金属电催化剂表面生长了铂纳米颗粒,使得非贵金属电催化剂的 ORR活性在耐久性测试后得到显著提高.耐久性测试前后,非贵金属电催化剂氧还原过程的电子转移数由3.7变为4.0,再次证明了耐久性测试过程中铂颗粒的生成.在三电极电化学体系中,当工作电极发生阴极反应时,对电极为阳极反应,反之亦然,即在工作电极上发生的任何电化学过程,都会在对电极上完成相反的电化学过程.在循环电位扫描过程中,当铂对电极的电压高于1.0 V (vs RHE)时,开始发生铂的溶解现象,并且当电压高于1.2 V (vs RHE)时,铂的溶解量会急剧增加,部分溶解的铂会扩散到工作电极附近,并在工作电极的非贵金属电催化剂表面发生沉积作用.随着扫描圈数的增加,沉积的铂纳米颗粒的数量增加,颗粒变大,从而使非贵金属电催化剂的表观 ORR活性显著提高.该现象使得非贵金属电催化剂在酸性电解质中无法表现出其真实的耐久性.当选用石墨棒为对电极材料时,非贵金属电催化剂在酸性电解质中的 ORR活性不会受到对电极材料的影响.
　　通过考察对电极材料对非贵金属电催化剂在酸性电解质中耐久性能的影响,可以得出结论,即对非贵金属电催化剂在酸性电解质中的耐久性测试中,不宜使用铂对电极,应该使用石墨为对电极材料,以防止对电极材料干扰耐久性测试.     

智能石墨消解–ICP–MS法测定空气PM2.5中的Pb和Cd

建立电感耦合等离子体质谱(ICP–MS)测定空气PM2.5中的Pb和Cd元素的分析方法。采用连续β射线–DHS PM2.5大气颗粒物浓度监测仪采集空气中的PM2.5,以智能石墨消解PM2.5滤膜样品,ICP–MS测定其中的Pb和Cd元素含量。在优化的仪器条件下,元素Pb和Cd标准曲线的线性相关系数均为0.999 9,检出限分别为0.018,0.52ng/m3,满足HJ 657–2013的要求。Pb和Cd的加标回收率分别为95.8%~101.4%,99.3%~104.9%,测定结果的相对标准偏差分别为4.20%和2.38%(n=6)。对滤膜标准样品进行了测定,测定结果与标准值一致。该方法测定结果准确、可靠,可用于测定空气PM2.5中的Pb和Cd。     

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。