酸性溶液中DSA的研究(Ⅱ)

本文通过电化学实验对用于酸性体系中的形稳阳极(DSA)进行了电催化活性和加速寿命考察。实验发现以TiO_2-RuO_2为底层,Sn-Mn-Ru等为中间层,Sn-Sb-Ru等为表面活性层所构成的电极既具有良好的电催化活性,也具有较长的电极寿命,是一种有望用于锌、铜等电解中的新型电极。本文还就贵金属在电极中的作用和影响电极寿命的因素进行了分析考察。     

电沉积Co-Ni-W合金电极在碱性溶液中的析氢电催化活性

用电沉积的方法制备了Co Ni W合金电极。用稳态极化曲线法和交流阻抗技术研究了其在 7mol·L- 1 NaOH溶液中的析氢电催化活性。结果表明 :在碱性条件下 ,Co Ni W合金电极比Ni Co ,Ni W合金电极具有更低的析氢过电位 ,其析氢的表观活化能为 44 .2kJ·mol- 1 ,具有较高的析氢催化活性 ,是一种有工业应用前景的的析氢电催化活性电极。     

Ti/SnO2-Sb:Eu3+电极制备及性能表征

以SnCl4·5H2O、Sb2O3和Eu2O3为原料,以钛片为基体,采用涂层热解法制备了Eu3+掺杂Ti/SnO2-Sb电极.研究了电极的电化学性能,对所制备的电极作LSV和Tafel曲线,以对硝基苯酚为目标降解有机物,考察了电极的电催化活性.分析Eu3+掺杂量对电极性能的影响,采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等检测方法对Eu3+掺杂Ti/SnO2-Sb电极表面涂层的晶体结构、形貌和元素组成进行了研究;,发现掺杂量为1％的电极的性能最佳,此条件下得到的电极有高的析氧电位和电催化活性,以及较好的电极涂层结构和覆盖度.     

金纳米颗粒修饰钛电极的制备及其对葡萄糖氧化的电催化活性

利用恒电流电沉积法,制备出金纳米颗粒修饰钛电极（Au／Ti）。利用循环伏安、电位阶跃等电化学技术,研究了碱性溶液中Au／Ti电极对葡萄糖氧化的电催化活性。与多晶金电极相比,葡萄糖在Au／Ti电极上氧化的起始电位更低、电流密度明显增加。实验表明,A11／Ti电极对葡萄糖氧化具有很高的电催化活性。对葡萄糖在Au／Ti电极上的双电位阶跃分析表明,葡萄糖在0．1mol／LNaOH溶液中的电化学氧化反应速率常数为5．79×10^4cm^3／（mol·s）。     

碱性介质中钯镍合金纳米线阵列电极对乙醇的电催化氧化

本文研究了一种简单、可控的方法制备直立金属纳米线阵列。采用恒电位法在多孔阳极氧化铝(AAO)模板中电沉积了钯镍(PdNi)合金纳米线阵列。高分辨扫描电子显微镜(HRSEM)图证明模板孔洞的填充率非常高,纳米线阵列的直径和模板的孔径一致,分布较均匀,纳米线的直径平均为60 nm。运用循环伏安法和计时电流法研究了钯镍纳米线阵列电极在碱性溶液中对乙醇的电催化氧化行为。结果表明,相比裸玻碳电极及PdNi膜电极,PdNi纳米线阵列电极在碱性溶液中对乙醇氧化具有更高的电催化活性,峰电流密度可达到32 mA·cm-2。研究了PdNi纳米线阵列电极对不同乙醇浓度的电催化氧化的影响。结果表明,乙醇的浓度从0.01 mol·L-1增加到2.00 mol·L-1,峰电流密度随乙醇的浓度增加而逐渐增大,峰电流密度与乙醇浓度存在一定的线性关系。     

LiMn1.5Co0.5O4的合成及电催化氧还原性能研究

为了改善锌空气电池空气扩散电极的氧还原电催化性能，提高电池的放电电流密度，采用溶胶凝胶法合成了纳米级尖晶石型LiMn1.5Co0.5O4电催化剂。用傅立叶红外光谱(FTIR)、热分析(TG—DSC)、X射线衍射(XRD)对干凝胶和合成产物进行了分析表征，稳态电流一电压极化曲线测试LiMn1.5Co0.5O4作为空气扩散电极电催化剂的电催化性能。测试结果表明，所制得的干凝胶具有立体凝胶网络结构；当热处理温度为550℃时，所合成LiMn1．5Co0．5O4电催化剂具有完美的尖晶石型晶体结构，并且电催化活性最高。     

Ir_(1-x)Ru_xO_2/Ti析氧阳极的电催化活性研究

以氯铱酸为主要的前驱体,采用加热分解法制备了不同Ru含量的Ir1-xRuxO2/Ti析氧阳极,并采用扫描电镜,循环伏安,恒电流电解,线性极化等测试手段对电极进行表征和测试。电化学测试结果表明当Ir,Ru的摩尔比为3∶2时,500mA.cm-2恒电流水解电位最低,为1.4V(vs.SCE);循环伏安测试表明,Ir0.6Ru0.4O2/Ti的伏安电量亦达到最高,达到1271mC.cm-2,析氧电催化活性点最多。SEM表面形貌进一步证实了Ru的加入使得电极的表面的多孔结构更加明显,当Ir,Ru摩尔比为3∶2时,电极表面颗粒最小,孔隙率最高,亦表明该电极的电化学活性表面积最大,电催化活性最高。     

电沉积法制备自支撑Ni-Sn-B电极的显微结构与电催化析氢性能

为开发高效稳定的析氢电催化剂,采用恒电流电沉积法在镍网基底上制备自支撑的Ni-Sn-B析氢电极,通过扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪和电化学工作站等对电极的形貌结构、元素组成与电催化析氢性能进行表征和测试。结果表明,Ni-Sn-B电极表面由粗糙的胞状颗粒紧密堆积而成,具有非晶态特征结构。在碱性电解质中,Ni-Sn-B电极表现出优异的催化析氢活性和稳定性,在10m A/cm²电流密度下过电位仅为63 mV,比Ni-Sn和Ni-B电极的过电位分别降低38.2%和59.1%。电极的电荷转移电阻为1.56Ω,经过5 000次CV循环和72 h电解后,仍保持非常高的析氢活性。粗糙的表面形貌及非晶态结构使电极的电化学活性表面积和催化活性位点显著增加,同时B和Sn对Ni电子结构的调控,可有效降低电荷转移阻力,从而提升电极的电催化析氢性能。     

高活性复合多孔泡沫NiZn合金电极的制备与表征

采用电沉积、热处理与HCl腐蚀相结合的方法制备了具有纳米孔隙结构的复合多孔泡沫NiZn合金电极,用扫描电子显微镜(SEM)观测了电极的表面形貌,用能谱分析(EDS)研究了电极成分,采用氮吸附法对比了电极的比表面积和孔径,用X射线衍射(XRD)分析了电极相组成,用阴极极化曲线研究了在30%KOH(质量分数)溶液中电极的析氢电催化性能。结果表明,经600℃热处理后,泡沫NiZn合金电极形成孔隙结构,通过10%HCl进行腐蚀,在合金孔隙骨架表面形成纳米层状结构。与泡沫镍电极相比,泡沫NiZn合金电极比表面积更大,且纳米材料具有良好的催化活性,在电流密度200mA·dm-~(2)时,600℃处理后和HCl处理后的泡沫NiZn合金电极析氢过电位分别降低了222,276mV,说明该复合多孔泡沫合金电极可以显著降低析氢过电位,提高电极的析氢活性。     

煅烧温度对La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3电催化性能的影响

利用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型复合氧化物La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3,着重研究了煅烧温度对其在双功能氧电极中电催化性能的影响。采XRD、SEM、BET等分析手段对钙钛矿型复合氧化物La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3进行物相及形貌分析,在三电极体系下绘制了双功能氧电极的阴极和阳极的稳态极化曲线和稳态恒电流曲线。结果表明,提高煅烧温度,有利于减少钙钛矿型La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3中的杂质。当煅烧温度达到800℃时,La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_3为纯相钙钛矿型复合氧化物,催化剂的活性最好,双功能氧电极的极化最小且稳定性最佳。     

脱碳处理对Pt/WC复合材料催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法,以钨酸钠为钨源、酚醛树脂为碳源合成碳化钨前驱体干凝胶,经原位碳化制备纳米碳化钨（WC）粉体,纳米WC粉体中的玻璃碳采用浓硝酸浸渍法脱除。在纳米WC粉料浆中以甲醛（HCHO）作为氯铂酸（H2PtCl6·6H2O）的还原剂,室温合成得到Pt/WC复合催化剂材料;以XRD、SEM、EDS等测试方法对样品的理化特性进行表征,并在酸性介质中采用循环伏安法测试材料的电化学催化活性。结果表明：相较于未经过脱碳处理的WC,经过浓硝酸脱碳处理后的Pt/WC电极催化材料的催化活性更好。经溶胶-凝胶法及原位碳化制备的纳米WC的颗粒径为20-80纳米,其本身具备较好的电催化活性。样品中残留的玻璃碳对WC具有包覆作用,会降低WC的电催化活性。采取浓硝酸脱碳的方式可有效脱除纳米WC粉体中的玻璃碳,发挥WC材料作为电极催化材料的电催化活性。     

锌电积过程中锰元素对铝阴极的电化学行为影响

传统湿法炼锌工艺采用纯铝板作为阴极,但随着锌精矿品位的降低,电解液中杂质离子含量增大,造成阴极腐蚀消耗增加.本文以铝锰合金为研究对象,研究锰作为添加元素,与铝形成良好铝锰合金阴极材料的电化学行为,进一步提高铝阴极的耐蚀性和电催化活性.采用交流阻抗、阴极极化曲线、恒电流极化曲线、塔菲尔曲线等分析方法,探讨不同Mn元素含量对铝锰合金在40℃恒温条件,Zn2+ 65 g·L-1和H₂SO₄ 150 g·L-1溶液中电化学行为的影响.研究结果表明:相比纯铝电极,添加Mn元素的铝锰合金电极的耐蚀性普遍提高,腐蚀电流均减小;随着Mn含量的增加,腐蚀电流逐步降低,腐蚀电位与Mn含量增加无明显变化规律;当Mn质量分数为1.5%时腐蚀电流达最低(1.11 mA·cm-2),腐蚀电位最小(-1.0954 V);零电势下,表观电流密度i₀受Mn元素的添加影响显著,i₀随Mn含量增加呈现出先增大后减小的趋势,在Mn质量分数1.5%时达到最大值3.7462×10-16 mA·cm-2,远大于纯铝电极4.8027×10-33 mA·cm-2,整体变化幅度明显,电极的电催化活性得到提高;不同电流密度下的析氢过电位和纯铝电极的整体接近,电化学过程均为电化学传质步骤控制.综合考虑电极材料的耐蚀性和电催化活性,含Mn质量分数1.5%的铝锰合金可作为理想的电积锌阴极使用.      

直接甲醇燃料电池Pt／C催化剂对甲醇的电催化氧化研究

通过循环伏安法研究了Pt/C催化剂对甲醇的电催化氧化活性,详细地考察了甲醇浓度、温度、介质以及酸度等电化学体系因素对Pt/C催化剂活性的影响。结果表明,上述四个电化学体系因素对Pt/C催化剂活性存在着明显的影响。甲醇浓度和温度的增加可以显著降低工作电极内阻,增加电极反应速率,提高Pt/C催化剂活性。改善溶液介质和控制适宜的酸度有利于Pt/C催化剂活性的提高。在本实验条件下,其最佳的运行工艺参数为:溶液介质为二次去离子水,酸度为1.0 mol/L H2SO4。     

钛基银电极的水热法制备与电活性

以硝酸银、聚乙二醇、水合肼、EDTA为原料,采用水热法制备了3种新型钛基银电极(Ag/Ti-N2H4,Ag/Ti-PEG,Ag/Ti-PEG-EDTA)。扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)表明,银颗粒在基体钛表面形成了稳定的沉积层,3种电极的表面呈现不同的结构特征,Ag/Ti-N2H4电极上形成了直径1μm银颗粒,Ag/Ti-PEG电极上形成了直径400～600nm银球形颗粒,Ag/Ti-PEG-EDTA电极上的银金属球形颗粒粒径最小,约为200～300nm,并且分布均匀、相互连接形成空间网状结构。在1mol·L-1NaOH溶液中,利用循环伏安法研究了这3种电极对肼氧化的电催化活性。结果表明,3种电极对肼都具有催化氧化作用,与多晶银电极相比(-0.35V),肼在这3种电极上的电化学氧化起始电位更低,Ag/Ti-PEG-EDTA和Ag/Ti-N2H4电极为-0.6V,Ag/Ti-PEG电极为-0.7V。在加入的肼为20mmol·L-1,在电位为-0.36V处,多晶银、Ag/Ti-N2H4,Ag/Ti-PEG和Ag/Ti-PEG-EDTA电极对肼氧化的阳极电流密度分别为2.5,33,42和51mA.cm-2。相比而言,Ag/Ti-PEG-EDTA和Ag/Ti-PEG电极对肼氧化的电活性最为优异,有望作为水合肼燃料电池的阳极材料。     

以阵列二氧化钛纳米棒为载体制备一体化析氧电极

以碳纸为支撑体,氯铱酸为前体,利用二氧化钛纳米棒阵列作为载体,采用浸渍-热分解法成功制备IrO₂-TiO₂/C一体化析氧电极.通过扫描电镜 (SEM)、XRD、XPS和电化学方法——循环伏安 (CV)、交流阻抗 (EIS) 等手段,研究载体形貌对析氧电极性能的影响.结果表明:二氧化钛载体能有效抑制支撑体碳纸在高电位下的腐蚀,当电压为2.4 V时,极化电流才仅为13.2 mA/cm2,一体化析氧电极积分电荷由87.2 mC/cm2增至178.5 mC/cm2,电极电化学反应阻抗由3.13 Ω·cm2降低到1.62 Ω·cm2,极大地提高了析氧电极的接触面积和催化剂的电催化活性.      

CeO2对Ti基RuO2-SnO2涂层阳极电催化性能的影响

采用热分解法制备了掺杂CeO2的Ti基RuO2-SnO2涂层阳极,通过开路电位测试、循环伏安测试以及交流阻抗测试研究了所制备涂层阳极的电催化性能,并用扫描电镜观察了涂层阳极的表面形貌。结果表明,在涂层阳极中掺杂CeO2可以提高涂层阳极的电催化活性,CeO2的最佳掺杂量为0.4(摩尔分数)。涂层阳极电催化性能提高的原因在于掺杂的CeO2可以提高涂层的有效活性表面积。     

铁氰酸镍/碳纳米管修饰电极对肼的电催化氧化

本文利用电化学沉积技术制备了铁氰酸镍/碳纳米管复合修饰电极,并用循环伏安法对修饰电极进行表征.最后,将该电极用于N2H4的电催化氧化且取得了较好的效果,NiHCF的引入明显降低了N2H4催化氧化电位.     

稀土铈在电催化水分解中的应用研究进展

氢气(H₂)热值高、无污染，可以有效缓解日益严重的能源和环境危机；高效的电解水催化材料可以极大地降低水分解成氢气和氧气的过电位，提升水的分解效率。稀土元素铈(Ce)具有较强的氧化还原能力，将Ce引入电解水催化材料中可大幅提高电催化材料的催化效率，目前该类材料已经得到了国内外学者的广泛关注。文中主要介绍了Ce在纳米颗粒修饰、骨架、氢氧化物以及金属有机框架等方面构筑电催化材料，归纳了国内外含Ce催化材料在析氢反应与析氧反应中电催化性能和机理的研究进展，针对Ce或其他稀土元素在电催化材料中的应用进行了展望。      

溶剂对Ti/SnO2-Sb-Nd电极性能的影响

分别以乙醇、异丙醇、正丁醇为溶剂配制涂液,采用刷涂热分解法制备了稀土Nd共掺杂的Ti/SnO2 -Sb-Nd电极.采用SEM、XRD、伏安电荷、电化学孔隙率、分形维数、降解苯酚实验等研究了溶剂对电极微观形貌、晶体结构和电化学性能的影响.结果表明:随着所用醇类溶剂的与羟基相连的碳链复杂化和延长,制得电极涂层的微观表面趋于平整,物理比表面积变小.碳链最长的正丁醇溶剂体系制得了结晶最好的SnO2电极涂层,并且有效的阻止了钛基体被氧化.按照乙醇、异丙醇、正丁醇顺序,相应的3种电极的伏安电荷分别为1.783,2.074,2.884 mC·cm-2,这表明电极的电化学活性面积依次增大;电极涂层的电化学孔隙率分别为97.78％,53.11％,51.68％;电极涂层的分形维数分别为1.892,1.978,1.968;当累积通电量为4.783 Ah ·L-1时,苯酚降解率分别达到87.49％,90.04％,91.50％,在此过程中槽压分别升高了3.94,1.48,1.44V.伏安电荷、电化学孔隙率和分形维数的变化规律有效地反映了电极的电催化氧化活性和稳定性的变化.     

钨基催化材料在直接醇类燃料电池中的应用研究

直接醇类燃料电池（DAFC）具有能量密度高、携带方便以及环境友好等优点。电极催化剂是改善DAFC性能的关键材料,目前DAFC催化剂要解决的关键问题是提高催化剂的电催化活性、抗CO等中间产物毒化能力以及降低催化剂成本,文中综述了2种钨基催化材料的制备、性能表征及其在DAFC中的应用研究进展,指出了目前钨基复合催化剂需要重点研究的基础问题。