纳米晶枝CuAu合金催化剂对二氧化碳电催化还原性能的研究

利用可再生清洁能源将CO2转化为CO和其他小分子是合成含碳燃料的可观方法之一.间歇性可再生能源存储的重要策略之一是将二氧化碳进行电化学还原.选择具有高活性和稳定性的电催化剂对于电化学还原CO2至关重要.在这项研究中,我们使用简单的电沉积方法合成了具有纳米晶枝状结构的CuAu合金电极.各项表征显示原子比约为1∶1的CuA...     

溶液法生长大面积超薄钙钛矿单晶薄膜

卤化物钙钛矿由于其独特的光电性质,在薄膜光电子器件领域具有极大潜力1。虽然许多工作都集中在多晶钙钛矿材料上,但单晶钙钛矿比多晶具有更低的缺陷态密度、更好的载流子输运能力和更高的稳定性2,3,可以有有效减少甚至消除载流子输运过程中的散射损失以及在晶界处的非辐射性复合4。采用单晶钙钛矿薄膜作为器件活性层被认为是进一步提高钙钛矿光电子器件性能的理想方案。目前,研究报道的钙钛矿单晶薄膜生长方法主要通过化学气相沉积和溶液空间限制法5,6,然而,所制备的薄膜厚度往往较厚,相应的器件性能也没有多晶薄膜的器件高7,因此,生长高质量的超薄大面积钙钛矿单晶薄膜至关重要。     

基于表面重建螺旋型铂铱电极的葡萄糖生物传感器

通过对螺旋型铂铱电极表面进行化学腐蚀和电化学沉积铂纳米粒子实现电极表面的重建和优化,研究了螺旋型铂铱电极在不同腐蚀时间和电沉积时间下的形貌及对过氧化氢(H2O2)的催化活性.对表面重建的工作电极涂覆氧化酶和半透膜,制备出了铂纳米粒子/葡萄糖氧化酶/环氧聚氨酯酶电极,并将其用作葡萄糖传感器的工作电极.传感器计时电流检测结果表明,表面重建后的酶电极传感器对葡萄糖的检测范围扩大为2~45 mmol/L,优于裸铂铱酶电极传感器,电流响应值和灵敏度得到明显提升,同时传感器还具有良好的稳定性和选择性.     

在FTO导电玻璃上电化学沉积高效可见光光电化学分解水Cu2O/g-C3N4异质结膜

近几十年来,光电化学分解水制氢作为一种洁净的、能持续利用太阳能的技术受到极大关注.在众多光催化材料中,p型半导体氧化亚铜(Cu2O)被认为是最有前途的可见光光电分解水材料之一.理论上,它的光能转换为氢能的效率可达到18.7%.然而,目前所报道的Cu2O光转换效率远远低于此值;同时,纯Cu2O在光照条件下的稳定性较差.研究表明,Cu2O与其它半导体复合可以增强其光电转换效率和提高稳定性.如Cu2O和能带匹配的石墨相氮化碳(g-C3N4)复合后,光催化性能和稳定性都有较大提高.但目前所报道的Cu2O/g-C3N4复合物几乎都是粉末状催化剂,不便于回收和重复使用.本文首先采用电化学方法在FTO导电玻璃上沉积Cu2O薄膜,采用溶胶凝胶法制备g-C3N4纳米颗粒材料,然后采用电化学法在Cu2O薄膜表面沉积一层g-C3N4纳米颗粒,得到了Cu2O/g-C3N4异质结膜.分别利用X射线粉末衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和光电化学分解水实验分析了Cu2O/g-C3N4异质结的组成结构、表面形貌、光吸收性能及催化剂活性和稳定性.XRD和HRTEM表征显示,本文成功合成了Cu2O/g-C3N4异质结材料,SEM图表明g-C3N4纳米颗粒在Cu2O表面分布均匀,大小均一.可见光光电化学分解水结果显示,异质结薄膜的光电化学性能比纯的Cu2O和g-C3N4薄膜材料有极大提高.当在Cu2O表面沉积g-C3N4的时间为15 s时,得到样品Cu2O/g-C3N4-15异质结膜,其在–0.4 V和可见光照射条件下,光电流密度达到了–1.38 mA/cm2,分别是纯Cu2O和g-C3N4薄膜材料的19.7和6.3倍.产氢速率也达到了0.48 mL h–1 cm–2,且产氢和产氧的速率之比约为2,说明此异质结材料在可见光作用下能全分解水.经过三次循环实验,光电化学分解水的效率仅降低10.8%,表明该材料具有良好的稳定性.根据UV-Vis表征和光电化学性能对比,Cu2O/g-C3N4-15的光电性能最好,但其光吸收性能并不是最好,说明光电化学性能与光吸收不是成正比关系,主要是由于Cu2O和g-C3N4两个半导体相互起到了协同作用.机理分析表明,Cu2O/g-C3N4异质结薄膜在光照下,由于两者能带匹配,Cu2O的光生电子从其导带转移到g-C3N4的导带上,g-C3N4价带上的空隙转移到Cu2O的价带上,从而降低了光生电子和空隙的复合,提高了其光催化性能.由于g-C3N4的导带位置高于H2O(或H+)还原为H2的电势,Cu2O的价带位置低于H2O(或OH–)还原为O2的电势,所以在外加–0.4 V偏压和可见光照射条件下,Cu2O/g-C3N4能全分解水,光生载流子越多,光电化学分解水的速率越大.综上所述,在Cu2O薄膜上沉积g-C3N4后得到的异质结薄膜具有高效的光能转换为氢能性能.     

树枝状银微纳结构的表面增强拉曼散射效应研究

利用两电极电化学沉积法制备出一种树枝状银微纳结构基体.扫描电子显微镜(SEM)的表征结果证实所制备的银基体呈现出完整的树枝状结构,具有对称性的树枝和树干,且树叶清晰可见.实验结果表明,树枝状银微纳结构的表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)可以检测到超低浓度的罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G,10-10 mol/L)光谱信号,即树枝状银微纳结构作为SERS基体表现出较好的灵敏性;当R6G的浓度在10-5~10-10 mol/L范围依次降低一个数量级时,谱带610 cm-1处的拉曼散射强度的相对标准偏差分别为12.1%,12.0%,11.7%,10.9%,13.2%和14.3%,表明所制备银基体的SERS"热点"(Hot spots)分布较均一,树枝状银微纳结构作为SERS基体具有较好的重现性;当低SERS活性的3-巯基丙酸(3-Mercaptopropionic acid,3MPA)的检测浓度为10-5 mol/L时,利用树枝状银基体能检测到3MPA的SERS光谱,说明所制备的银基体对低活性物质也具有较好的SERS灵敏性.     

铁氰化钴修饰石墨烯平面电极对过氧化氢的传感作用

利用高分子支撑法将气相沉积(CVD)石墨烯从铜基底上转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上,制备出石墨烯平面电极(GPE), 通过循环伏安法将铁氰化钴(CoHCF)纳米颗沉积到GPE上,得到铁氰化钴修饰石墨烯平面电极(CoHCF/GPE).研究表明,此电极对过氧化氢具有良好的传感作用,从而构建一种新型无酶过氧化氢传感器.此传感器在过氧化氢浓度为5.0-1200 μmol/L范围内,响应电流与浓度呈现良好的线性关系,检出限为7.1 nmol/L (S/N=3),响应时间约为2 s,具有稳定性好、抗干扰能力强、制备简单等优点.     

非晶态MnO_x/TiO_2催化剂的制备及其低温NH_3-SCR性能

采用自发沉积法、共沉淀法及浸渍法制备MnO_x/TiO_2催化剂,通过XRD、TEM、N2吸附-脱附、XPS、H_2-TPR、NH_3-TPD等一系列表征手段研究MnO_x/TiO_2催化剂的结构与性质,并考察MnO_x/TiO_2催化剂低温NH_3-SCR性能。结果表明,自发沉积法制备的MnO_x/Ti O2(s)催化剂具有完全非晶态结构,Mn和Ti之间存在强相互作用,较共沉淀法制备的MnO_x/TiO_2(c)及浸渍法制备的MnO_x/Ti O2(i)表现出更强的氧化还原能力。MnO_x/TiO_2(s)具有较高的比表面积、较多的表面酸量,有利于NH_3的吸附与活化。且表面高浓度的Mn4+离子及吸附氧,有利于将NO氧化为NO2,促进发生"fast-SCR"反应,进而使其表现出优异的低温脱硝性能。MnO_x/TiO_2(s)催化剂在150℃时NO的转化率高达92.8%,在150-350℃NO的转化率保持在90%以上,此外其还具备较强的抗H_2O和SO_2毒化能力。     

Pt-Ni-P/Ti蜂窝状电极的制备及其催化甲醇氧化性能研究

Ti基体上,通过电沉积-置换的方法制备了具有蜂窝状结构的Pt-Ni-P/Ti催化电极.采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）对催化剂进行了表征.通过阳极线性伏安扫描法（LSV）、连续循环伏安法（CV）、预吸附单层CO溶出法研究了其甲醇氧化催化活性和抗CO中毒能力.SEM测试结果显示,非晶态Ni-P置换制备的Pt-Ni-P催化剂受“异地溶解-沉积”机理的影响而呈蜂窝状结构,而晶态Ni置换制备的Pt-Ni催化剂受“原位溶解-沉积”机理呈麦粒状.电化学测试结果表明,Pt-Ni-P/Ti电极在碱性介质中的甲醇氧化起始电位和CO氧化起始电位均比Pt-Ni/Ti电极更负,表明P掺杂可以增强Pt-Ni的甲醇氧化催化活性和抗CO中毒能力.     

煤直接液化油中混合酚的分离研究

利用分子筛择形特点,对煤直接液化油中的混合酚实施高效分离。本研究选取间甲酚和对甲酚作为分离煤直接液化油馏分段混合酚的模型化合物,采用化学液相沉积法对HZSM-5吸附剂的孔口结构进行改变,分析分子筛硅铝比及颗粒粒径对模型化合物间甲酚和对甲酚吸附分离性能的影响,以获得高性能固相吸附剂,并将其应用于180-190℃馏分段混合酚分离。结果表明,当分子筛硅铝比为25、粒径为3-5 μm时,分子筛的孔口结构调节效果最优;当正硅酸乙酯的最小用量为0.2 mL/g时,固相吸附剂的吸附量为0.03 g/g,对甲酚选择性高于95%。由于外表面沉积物对吸附剂的孔口结构变化,导致对甲酚选择性的提高。进一步采用HZSM-5（1）吸附剂对真实煤直接液化油混合酚的分离中发现,苯酚和对甲酚的选择性均达到100%。     

胍基硅前驱体的合成及应用

以胍基取代的二甲基二氯硅烷与胺基锂反应合成了3种硅基化合物,使用核磁共振、高分辨质谱、元素分析对化合物结构进行了表征,通过热重分析(TGA)研究了化合物的热稳定性、挥发性、蒸汽压等性能。 3种化合物均具有良好的热稳定性及挥发性,无明显热分解过程,固体残留小于1%,接近纯挥发过程,最高蒸汽压在3600~5300 Pa,满足前驱体使用要求。 以二甲基-胍基-甲乙胺基-硅烷为前驱体,采用螺旋波等离子体气相沉积(HWPCVD)工艺制备了硅基薄膜,使用X射线光电子能谱(XPS)和扫描电子显微镜(SEM)分析了薄膜的化学组成和膜表面结构,XPS分析结果证实该薄膜为Si、N、C组成,实验结果表明,该类胍基硅化合物可作为硅基化学气相沉积(CVD)前驱体材料应用于集成电路制造。