Heterogeneous catalytic activation of peroxymonosulfate for efficient degradation of organic pollutants by magnetic Cu^0/Fe_3O_4 submicron composites

Magnetic Cu^0/Fe3O4 submicron composites were prepared using a hydrothermal method and used as heterogeneous catalysts for the activation of peroxymonosulfate（PMS） and the degradation of organic pollutants.The as-prepared magnetic Cu^0/Fe3O4 submicron composites were composed of Cu^0 and Fe3O4 crystals and had an average size of approximately 220 nm.The Cu^0/Fe3O4 composites could efficiently catalyze the activation of PMS to generate singlet oxygen,and thus induced the rapid degradation of rhodamine B,methylene blue,orange Ⅱ,phenol and 4-chlorophenol.The use of0.1 g/L of the Cu^0/Fe3O4 composites induced the complete removal of rhodamine B（20 μmol/L） in15 min,methylene blue（20 μmol/L） in 5 min,orange Ⅱ（20 μmol/L） in 10 min,phenol（0.1mmol/L） in 30 min and 4-chlorophenol（0.1 mmol/L） in 15 min with an initial pH value of 7.0 and a PMS concentration of 0.5 mmol/L.The total organic carbon（TOC） removal higher than 85%for all of these five pollutants was obtained in 30 min when the PMS concentration was 2.5 mmol/L.The rate of degradation was considerably higher than that obtained with Cu^0 or Fe3O4 particles alone.The enhanced catalytic activity of the Cu^0/Fe3O4 composites in the activation of PMS was attributed to the synergistic effect of the Cu^0 and Fe3O4 crystals in the composites.Singlet oxygen was identified as the primary reactive oxygen species responsible for pollutant degradation by electron spin resonance and radical quenching experiments.A possible mechanism for the activation of PMS by Cu^0/Fe3O4 composites is proposed as electron transfer from the organic pollutants to PMS induces the activation of PMS to generate ^1O2,which induces the degradation of the organic pollutants.As a magnetic catalyst,the Cu^0/Fe3O4 composites were easily recovered by magnetic separation,and exhibited excellent stability over five successive degradation cycles.The present study provides a facile and green heterogeneous catalysis method for the oxidative removal of organic pollutants.

限域型贵金属氧还原反应电催化剂研究进展

开发高效的氧还原反应电催化剂是实现质子交换膜燃料电池规模化应用的关键技术之一。目前常用的贵金属催化剂成本较高,并且稳定性仍需改善。物理限域是改善催化剂稳定性的有效策略,在不影响贵金属催化剂催化活性的前提下,物理限域层不仅可以抑制催化剂的烧结,还能够减少催化剂在反应过程中的团聚、脱落以及溶解等问题,从而提升催化剂的寿命。本文回顾了近年来用于电催化氧还原反应的限域型贵金属催化剂,主要包括导电聚合物限域、非金属氧化物限域、金属氧化物限域以及碳层限域的贵金属催化剂。根据限域层制备策略不同,重点分析了限域层的孔结构、导电性、致密性、抗腐蚀性与催化剂性能之间的构效关系。着重介绍了实现碳层限域的三种策略,包括“沉积-转化”、“嵌入-转化”以及“一步热解”。分析表明,通过构筑具有丰富孔结构、高导电性及合适厚度的限域层能够在保证活性的同时显著提升催化剂稳定性。最后对全文进行了总结并对当前存在的问题进行了整理,同时对未来限域型催化剂的发展进行了展望。

有机物衍生的锂硫电池正极材料研究进展

锂硫二次电池具有能量密度高、成本低和环境友好等优点备受科研工作者们的青睐。但是,单质硫和硫化锂固有的低电导率以及中间产物多硫化锂易溶于电解液产生“穿梭效应”,导致活性材料流失的同时,活性位点也发生严重的体积膨胀,最终造成循环过程中容量迅速衰减。近年来,将链状硫片段与具有活性自由基的聚合物在高温下环合形成稳定的有机硫共聚物,被认为是代替单质硫正极、解决传统C/S体系循环稳定性差的有效策略之一。本文回顾了传统碳载硫(C/S)锂硫电池的反应机理和现阶段存在的问题,综述了腈基、不饱和烃基、硫醇基和小分子有机硫电极的制备方法,储锂机制和近年来的研究进展,分别列举了作为锂硫电池正极的优/劣势,并从科学的角度提出了解决策略和发展方向。综合分析表明,有机物衍生锂硫电池正极利用其“主链导电,侧链储能”的特性,能有效地改善长链多硫化锂溶于电解液所产生的“穿梭效应”,利用高温下不饱和键断裂环硫的策略,将整个/部分活性硫片段整合到正极材料中,有望在实现高硫载量的同时获得高循环稳定性。

有序金属间化合物电催化剂在燃料电池中的应用进展

在燃料电池阴极氧还原反应以及阳极小分子氧化反应中,结构有序的金属间化合物由于具有可控的组成和结构表现出良好的电催化活性和催化稳定性,受到科研工作者的广泛关注。本文基于课题组多年来在有序金属间化合物电催化剂方面的研究情况,综述了贵金属基有序金属间化合物电催化剂的研究现状。重点介绍了结构有序金属间化合物的结构特点、表征方法、可控制备以及其在燃料电池电催化剂中的应用。此外,对这类材料当前存在的问题以及未来发展方向进行了讨论及展望,以期为燃料电池电催化剂的发展开拓新的思路。