碱性条件下Pt-M(Ni, Fe, Mo)/C电催化氧化甲醇的性能对比研究

采用溶胶法制备了碳载Pt-M(M为Ni, Fe, Mo)电催化剂, 并用TEM和XRD技术表征活性物微观结构, 实验结果表明, Pt基合金微粒在碳黑表面分布均匀, 粒径约为2~4 nm. 用循环伏安法测定催化剂在不同碱性条件下的活性, 研究结果表明, 不同掺杂元素催化剂的活性大小顺序为Pt75Ni25/C>Pt75Fe25/C>Pt50Mo50/C, 掺杂Ni可明显地促进纳米Pt的催化活性, Pt75Ni25/C在1.0 mol/L NaOH+1.0 mol/L CH3OH溶液中的峰电流密度可以达到726.9 mA/mg.     

聚苯胺/铁氰化镍纳米复合颗粒的制备及电控分离Cd的EQCM研究

本文采用循环伏安一步共聚法在碳纳米管(CNTs)修饰的铂基底上制备了聚苯胺/铁氰化镍(PANI/NiHCF)纳米复合颗粒.通过电化学石英晶体微天平(EQCM)技术检测了复合颗粒制备过程的质量改变量,并用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了复合颗粒的微观形貌和组成.结合循环伏安法和EDS能谱考察了该复合电极对Cd2+离子的交换性能.结果表明,三维多孔的CNTs不仅可促进复合颗粒的沉积,而且其独特的网络结构和表面特性对形成PANI/NiHCF复合颗粒的立方体构型起至关重要的作用.该复合电极在0.1mol·L-1Cd(NO3)2溶液中显示了良好的电活性,对Cd2+离子有可逆的离子交换性能,通过电控离子交换法可实现废水中Cd2+离子的高效分离.     

骨架状聚氨酯海绵模板导向制备多级孔碳材料

多级孔结构碳材料具有结构多样、比表面积高、孔体积大和化学稳定性好等性质,不同尺度的孔道能协同发挥各自的传质优势,在吸附和分离、化学化工、靶向给药和能源储存等方面有独特表现并得到了广泛应用.近年来,国内外将聚氨酯海绵与其他尺度的模板剂相结合制备了许多不同结构的多级孔状碳质材料并应用到不同的领域.本文从多级孔碳材料的制备、结构和应用等角度综述了相关研究工作,并指出合成石墨化、各级孔道合理分配、孔壁薄和机械强度好的多级孔结构的碳材料仍面临诸多问题.     

Sn_(1-x)Sb_xO_2固溶体电极的形成能与电子结构

为研究Sb掺杂对Ti/snO_2电极稳定性与导电性的影响,采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对金红石型SnO_2及不同比例Sb掺杂SnO_2体系进行了第一性原理计算,用广义梯度近似方法优化了Sn_(1-x)Sb_xO_2固溶体电极的晶体结构,计算了掺杂前后体系的电子结构以及不同掺杂比例时的形成能.结果表明:Sb替代Sn后,晶格常数与晶胞体积均增加,但掺杂形成能随掺杂量变化不大,在掺杂量为0.083时掺杂形成能达到最低值5.08 eV,稳定性最好.掺杂Sb后,在费米能级至最低导带处存在Sb 5s电子态分布,产生施主能级;同时Sb掺杂后,在导带底形成的可填充电子数也从未掺杂的4增加到了掺杂后的19,导电性明显增强,且在掺杂量为0.063时导电性最强.本文的计算结果为钛基Sn_(1-x)Sb_xO_2氧化物电极的开发与应用提供了理论依据.     

Sn1-xSbxO2固溶体电极的形成能与电子结构

为研究Sb掺杂对Ti/SnO2电极稳定性与导电性的影响, 采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对金红石型SnO2及不同比例Sb掺杂SnO2体系进行了第一性原理计算, 用广义梯度近似方法优化了Sn1-xSbxO2固溶体电极的晶体结构, 计算了掺杂前后体系的电子结构以及不同掺杂比例时的形成能. 结果表明: Sb替代Sn后, 晶格常数与晶胞体积均增加, 但掺杂形成能随掺杂量变化不大, 在掺杂量为0.083时掺杂形成能达到最低值5.08 eV,稳定性最好. 掺杂Sb后, 在费米能级至最低导带处存在Sb 5s电子态分布, 产生施主能级; 同时Sb掺杂后, 在导带底形成的可填充电子数也从未掺杂的4增加到了掺杂后的19, 导电性明显增强, 且在掺杂量为0.063时导电性最强. 本文的计算结果为钛基Sn1-xSbxO2氧化物电极的开发与应用提供了理论依据.     

碳纳米管/聚苯胺/铁氰化镍复合膜的电化学共聚制备与电容性能

采用循环伏安一步共聚法在碳纳米管修饰的铂基体上制备了电活性碳纳米管/聚苯胺/铁氰化镍(CNTs/PANI/NiHCF)复合膜.用傅立叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线能谱仪(EDS)和扫描电镜(SEM)研究了复合膜组成及其表面形貌,并用循环伏安(CV)、恒电流充放电和电化学阻抗(EIS)等测试了复合膜的循环稳定性与电化学容量性能.研究表明:CNTs/PANI/NiHCF复合膜为三维多孔有序的网络状结构,PANI和NiHCF以纳米颗粒形式存在并沿CNTs均匀分布;在电流密度为2mA.cm-2时,CNTs/PANI/NiHCF复合膜的比容量高达262.28F.g-1,比能量为29.51Wh.kg-1,电流密度为10mA.cm-2时比功率可达10228.61W.kg-1;在2000次循环充放电过程中,复合膜的电容量仅衰减19.92%,电荷充放电效率一直保持在99%以上.CNTs/PANI/NiHCF有机-无机杂化膜具有良好的功率特性和快速充放电能力,是一种优异的超级电容器材料.     

电控离子(交换)膜分离技术——从ESIX到ESIPM

电控离子膜(Electrically Switched Ion Membrane, ESIM)分离是近年来发展起来的一种新型离子选择性高效分离技术,已被用于多种金属阳离子及阴离子的选择性分离与回收。电控膜分离源于电控离子交换(Electrically Switched Ion Exchange, ESIX)技术,其高效运行依赖于具有离子交换功能的电活性材料(Electroactive Ion Exchange Material, EIXM)。EIXM既能传递电子又能传递离子,通过调节其氧化/还原电位可以控制离子的可逆置入/释放,同时实现目标离子的高效分离和EIXM的再生,因而不产生二次污染。本文从EIXM简介、结构设计与可控合成、各种电控离子选择性分离机制的研究进展以及新型ESIX-ESIM膜组件开发和应用几个方面,分析总结了从最初的ESIX技术到基于ESIX原理的电控离子选择渗透膜(Electrically Switched Ion Permselective Membrane, ESIPM)分离的发展历程。展望未来ESIM分离技术,应针对目标离子的选择性分离要求,设计合成新型结构ESIM材料和研发相关膜组件系统,可望最终实现ESIM技术的工业应用。     

电化学控制离子交换技术研究进展

电化学控制离子交换(electrochemically switched ion exchange, ESIX)是电化学与离子交换相结合的新型离子分离技术,通过电化学方法调节导电基体上电活性ESIX膜的氧化/还原状态来控制离子的置入与释放,从而使溶液中的离子得到分离,并使膜得到再生。ESIX消除了传统离子交换技术在化学再生过程中产生的二次污染问题,因其环境友好性在废水处理及水质净化领域具有良好的应用前景而逐渐成为备受关注的热点问题。本文简述了ESIX技术的机理和特点,着重阐述了有关ESIX膜的制备、结构及其应用方面的研究进展,并指出了需要研究的科学问题与研究前景。     

以金属有机骨架材料HKUST-1为模板制备多孔聚苯胺电极及其超级电容器性能研究

以涂敷在碳布基体上的金属有机骨架多孔材料HKUST-1为硬模板,使用单极脉冲法沉积聚苯胺制备了具有电活性的多孔复合电极Micro-PANI/CC,同时以空白碳布(Carbon Cloth,CC)为基体制备了聚苯胺电极PANI/CC,并研究、比较了它们的电化学电容器性能. 使用XRD、SEM分析了所得电极的结构,结果显示电极Micro-PANI/CC表面具有大量的纳米孔状结构. 在0.5 mol·L^-1硫酸为电解液的体系中测试了循环伏安、恒电流充放电、阻抗以及稳定性等特性,在扫速为2 mV·s^-1 时,电极Micro-PANI/CC和PANI/CC的比电容分别为895.6 F·g^-1和547.6 F·g^-1,在其它测试条件相同的情况下,前者的比电容保持在后者的1.64倍以上,且具有更好的倍率特性、更低的电阻和较好的稳定性等特点,说明这种以HKUST-1为模板形成的多孔聚苯胺更适于超级电容器电极材料.     

Ru,Sn和Co促进的Pt/C催化剂电催化氧化甲醇的性能

 采用溶胶法制备了用于阴离子膜直接甲醇燃料电池的Pt-M/C(M=Ru, Sn和Co)阳极电催化剂,并用X射线衍射和X射线能谱技术对催化剂进行了表征. 结果表明,制备的Pt-M合金颗粒分布均匀,粒径为2～6 nm, 其组成与前驱体中相应金属的原子比基本吻合. 用循环伏安法测定了催化剂在不同碱性条件下的活性. 结果显示,随着碱性的增加,甲醇的起始氧化电位降低,峰电流和催化剂的活性增大; 相同碱强度下催化剂活性顺序为Pt50Ru50/C>Pt50Sn50/C>Pt75Co25/C, 添加Ru可明显提高Pt/C催化剂的活性. Pt50Ru50/C在1.0 mol/L NaOH+1.0 mol/L CH3OH溶液中的峰电流密度可达634.7 mA/mg.