阴离子型有机化合物在LDHs上的动力学和热力学研究

本文考察水滑石焙烧产物MgAl-LDO吸附3种阴离子染料AcidRed88（AR88）、AcidOrange 3（AO3）、AcidViolet90（AV90）过程中的热力学和动力学机理,并在不同温度下探究该吸附过程的热力学参数。实验结果表明：MgAl-LDO对染料阴离子的吸附过程复合Langmuir吸附等温模型,且为自发、放热的过程。3种染料在MgAl-LDO上的吸附过程均符合准二级反应动力学模型,且该吸附过程是由MgAl-LDO与阴离子染料之间的反应速率控制而不是两者之间的扩散作用。计算所得的吉布斯自由能绝对值在7~15kJ·mol^-1,这主要是由染料阴离子与MgAl-LDHs层板的氢键作用产生,结合MaterialsStudio 5.5软件模拟染料分子在MgAl-LDHs上的排列分布,推测MgAl-LDO对阴离子染料的吸附机理是表面吸附（占优势）与层间插层的协同作用。     

简易合成Cu2SnSe3作染料敏化太阳能电池对电极

采用简易溶剂热法合成直径为150-250 nm的Cu2SnSe3纳米颗粒.以Cu2SnSe3"墨水"为前驱体采用滴落涂布法在掺氟二氧化锡基板上沉积Cu2SnSe3薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSC)对电极.利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、能谱仪(EDS)等对Cu2SnSe3纳米颗粒的形貌、结构和组成进行表征.结果表明:产物纯净无杂项且符合化学计量比.以Cu2SnSe3为对电极的DSSC转化效率为7.75%,与铂对电极DSSC效率相当(7.21%).研究表明,DSSC的光电流密度和影响因子与Cu2SnSe3薄膜厚度密切相关,这是由于不同厚度的Cu2SnSe3薄膜作对电极所对应的催化位置数目和电阻值不同.电化学阻抗谱研究说明,Cu2SnSe3因具有类似铂良好的电催化性能而适合用作染料敏化太阳能电池对电极材料.本文以Cu2SnSe3代替贵金属铂,提供了一种廉价制备高效染料敏化太阳能电池对电极的新方法.     

静电喷雾法制备高效染料敏化太阳能电池的二氧化钛光阳极

TiO2光阳极膜是染料敏化太阳能电池（DSSC）的核心部件之一,它对电池的光电转换效率起决定性作用．TiO2电极一般采用刮涂法和丝网印刷法制备．近3年,通过静电喷雾制备光阳极的方法得到国内外学者的关注．静电喷雾制备光阳极会受到多种因素的影响,如电压、流速、悬浮液浓度、喷雾距离以及喷雾时间等．但这些因素对成膜和DSSC器件性能的影响却没有得到全面的研究或者报道．本文使用静电喷雾法制备了多孔TiO2纳米膜,并研究了以其为电极的电池器件特性．经过超声充分分散的稳定TiO2乙醇悬浮液在高电压下喷雾到导电玻璃上成膜．通过改变电喷雾距离,得到了具有不同形貌的TiO：光阳极膜,并解释了其形成的机理及其对电池性能的影响．研究还表明,光阳极膜的TiC14处理能够很好地改善电池性能．通过优化,基于流速为0．8mL／h、电喷雾距离和时间分别为2．2cm和8min条件下制备的光阳极,结合TiC14处理,组装的电池在模拟太阳光源AM1．5G下光电转化效率达6．24％．     

碳纳米纤维增强钴酞菁催化氧化染料的性能研究

将氨基钴酞菁（CoTAPc）以共价键的形式负载到碳纳米纤维（CNF）上制备碳纳米纤维负载钴酞菁催化剂（CoTAPc-CNF）,利用原子吸收光谱、紫外-可见光吸收光谱、衰减全反射-红外光谱等方法对CoTAPc-CNF进行表征.选用具有氧杂蒽结构的罗丹明6G（Rh6G）为主要研究对象,研究CoTAPc-CNF对Rh6G的催化氧化性能,考察了温度、pH、NaCl、异丙醇等对CoTAPc-CNF催化性能的影响.结果表明,CoTAPc-CNF在常温中性条件下能有效催化氧化Rh6G;随着温度和pH的增加,CoTAPc-CNF催化氧化Rh6G速率逐渐提高;NaCl和异丙醇的加入,没有抑制催化氧化反应的进行,相反大大提高了Rh6G的降解速率,这与一般羟基自由基占主导的高级氧化体系完全不同;进一步采用电子顺磁共振波谱法证实CoTAPc-CNF/H2O2体系确实为非羟基自由基催化机理.另外,研究发现CoTAPc-CNF还能有效催化氧化其他共轭结构的染料,如偶氮染料酸性橙7（AO7）、三芳甲烷染料碱性绿1（BG1）.因此,本文探索的CoTAPc-CNF/H2O2非羟基自由基催化反应体系在处理成分复杂的实际印染废水中具有较好的应用前景.     

可回收Fe3O4@SiO2-Ag磁性纳米微球对染料污染物的快速脱色处理

介绍了一种采用无毒廉价的前驱物制备Fe₃O₄@SiO₂-Ag磁性纳米微球的快捷方法,制备的Fe₃O₄@SiO₂-Ag纳米微球在NaBH₄存在下可以催化还原染料污染物.实验结果表明,Fe₃O₄@SiO₂-Ag磁性纳米粒子保持了Ag纳米粒子和Fe₃O₄纳米粒子的双重优点,不仅对染料罗丹明B和曙红Y具有良好的催化还原效率,而且可以在外加磁场作用下从溶液中快速有效的分离.催化还原反应速率与反应温度及Fe₃O₄@SiO₂-Ag催化剂用量有关,反应体系中表面活性剂和无机盐(Na₂SO₄)的存在也会影响催化剂的催化活性.该Fe₃O₄@SiO₂-Ag磁性纳米粒子在工业染料污染物处理方面具有应用前景.     

基于不对称三氮唑衍生物配体的三个配合物的制备、晶体结构及光催化性能

利用水热法合成了基于不对称三氮唑衍生物配体Hptp（Hptp=2-（5-（pyridin-3-yl）-1H-1,2,4-triazol-3-yl）pyrazine）的3个配合物 [Cd₂（ptp）₂（SO₄）（H₂O）₂]_n（1）、[Zn（ptp）₂（H₂O）₂]（2）和[Cd（ptp）2（H₂O）2]（3）,它们的结构通过元素分析,红外,粉末X射线衍射和X射线单晶衍射表征。配合物1中,配体ptp^-和Cu²⁺形成波浪状的一维结构,这些一维链通过SO₄^2-链接形成三维结构。配合物2和3是同构化合物,单核单元在分子间氢键的作用下形成超分子二维平面。光催化降解实验表明,在双氧水存在时配合物1~3在60 min内使亚甲基蓝的降解率分别达到79%、81%和88%。     

聚合时间对染料敏化太阳能电池中聚苯胺对电极结构和性能的影响

采用恒电压方法, 以掺杂氟的SnO₂ (FTO)导电玻璃为基底, 采用不同的聚合时间制备SO₄^2?掺杂的聚苯胺对电极(PANI CEs). 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等技术详细研究了聚合时间对PANI CEs的表面形貌、结构(如掺杂度、共轭性、氧化态等)和对I^?/I^3?的催化活性的影响. SEM结果表明PANI在FTO上的生长分两个阶段. 适当增加聚合时间可以增加PANI CEs的比表面积, 为催化I^?/I^3?反应提供更多的活性位点, 同时聚苯胺链的共轭性、半氧化态聚苯胺(EB)结构的含量和对阴离子SO₄^2?的掺杂度会随着增加, 进而PANI 的导电率也逐渐增大. 然而, 聚合时间过长会引起薄膜厚度的增加和氧化结构的过多, 使PANI CEs的导电率降低, 电子在PANI 薄膜中的传输阻抗增加, 进而影响其对I^?/I^3?的催化性能. 聚合时间为300 s 时制备出的PANI 薄膜作为染料敏化太阳能电池(DSSCs)对电极和以D149 为染料时, 获得的最高电池光电转换效率为5.30%, 可达到基于Pt 对电极电池效率的88%. 因此, 通过电化学方法制备的PANI CEs有望代替贵金属Pt CEs用于DSSCs中.     

阴离子为羧酸根和芳环共轭的离子液体在染料敏化太阳能电池中的应用

提出了利用p-π共轭效应设计离子液体的方法, p-π共轭效应可以有效分散阴离子的负电荷, 降低离子液体中阴阳离子之间的库仑引力, 以得到低粘度的离子液体. 所设计的离子液体为1-乙基-3-甲基咪唑苯甲酸(EMIB)和1-乙基-3-甲基咪唑异烟酸(EMIIN) (它们的阴离子中羧酸根和芳环为p-π共轭结构), 这两种离子液体都达到了较低的粘度(EMIB为42 mPa·s, EMIIN为27 mPa·s). 进一步将这两种离子液体做成电解质, 应用在染料敏化太阳能电池中, 通过优化电解质的组成, EMIB基电解质达到了1.43 mS·cm^-1的电导率和1.45×10^-7cm²·s^-1的I₃^?的扩散系数, 而EMIIN基电解质的电导率和I₃^?扩散系数分别为1.63 mS·cm^-1和2.01×10^-7 cm²·s^-1,后者电导性能的提高主要和EMIIN粘度较低有关系. 进一步将这两种电解质组装成电池, 在300 W·m^-2的光强下测得EMIB基电池和EMIIN基电池的效率分别为2.85%和4.30%.     

三维Cu-MOF对亚甲蓝的吸附和光催化降解及其机理

本文报道了[Cu₃(ppda)₃(tib)₂(H₂O)₄]·6H₂O (Cu-MOF)的合成、结构、吸附和光催化降解性能。在Cu-MOF中,1,4-苯二乙酸(H₂ppda)和1,3,5-三(1-咪唑基)苯(tib)配体交替连接Cu离子形成二维层,层与层之间通过trans-ppda^2-相互穿插形成稳定的三维结构。Cu-MOF对亚甲蓝(MB)的催化效率为97%,最高反应速率常数为0.019 7 min^-1。光催化降解机理：在光的激发下,催化剂表面的光生电子和空穴对发生分离,并与O₂、H₂O、H₂O₂反应生成活性物质,将染料降解为CO₂和H₂O。在MB溶液中加入NaCl (200 g·L^-1)后,Cu-MOF的吸附量有所提升(87.23 mg·g^-1),准二级动力学模型和Langmuir等温线模型的实验数据拟合程度较好,该吸附的主要过程为单层化学吸附。     

分级微纳结构ZnO空心球的制备及其光电转换性能

以醋酸锌为锌源,二甘醇为溶剂,通过一种改进的溶剂热法制备出具有分级微纳结构的ZnO空心球。X射线衍射(XRD),扫描电子显微术(SEM),N₂吸附脱附等表征结果显示此ZnO材料的初级结构为纳米颗粒,次级结构为该纳米颗粒构筑的微米级多分散小球。聚焦离子束(FIB)切割实验表明,小球内部为中空结构。这种新颖的复合结构应用于染料敏化太阳电池(DSSC)领域,有两大优势：其初级结构提供了大的比表面以吸附更多染料分子,同时其次级结构和孔结构可以起到光散射中心的作用,提高光的利用率,从而最终提高了电池的光电转换效率。