调控氧空位实现高比表面积Co3O4纳米片上的产氧反应（英文）

电催化水分解的速率控制步骤是水的氧化反应．高活性的电催化剂可加速水氧化的反应速率从而提升水分解反应的整体效果．我们通过水热一热解法制备了一种高活性的Co3O4催化剂去高教电催化产氧气．电镜表征证实了Co3O4具有超薄的纳米片层结构，X射线光电子能谱及电子顺磁共振波谱确认了Co3O4纳米片中存在大量氧空位．大幅提高的比表面积有利于更多包括作为活性点位的氧缺陷在内的点位暴露．Co3O4纳米片可加速阳极与电解质之间的产氧气反应，以很低的过电势（310mV）及电流密度（10mA／cm2）高教催化产氧气，在1．0mol／LKOH中表现出突出的稳定性．

过碳酸钠产氧反应的实验研究

论述了水、催化剂及贮存时间对过碳酸钠产氧反应的影响,实验结果表明,在饮水规定范围内,水的pH值及含盐量对产氧反应影响很小,但其反应速度随水温的升高而加快;使用复合催化剂能有效地控制产氧反应相对平稳地进行;3年之内,贮存时间对产氧反应影响很小。

用厌氧产氢反应器出水培养好氧颗粒污泥的研究

以厌氧产氢反应器出水为底物,在序批式反应器中研究了好氧颗粒污泥的培养过程。结果表明,以厌氧产氢反应器出水为底物,在60 d内能够培养出粒径大、沉降性能优异且对污染物去除能力强的好氧颗粒污泥。在活性污泥的颗粒化过程中,伴随着污泥体积指数的减小,污泥的粒径和沉速增大,反应器内的污泥浓度增加,从而提高了反应器的处理效能。

一种实验室厌氧反应器的双室型产气计量装置

为实现厌氧反应器中产气量的精确计量,利用湿法集气原理设计并制作了一种集气体收集、气室状态切换和电子测量与控制于一体的计量装置,并对制作的装置进行标定和应用实验。结果表明该装置计量值和标准值的判定系数(R^2)达0.999以上,精确度为2.12;利用平均修正系数对数学模型进行修正后,装置计量值与标准值的线性回归方程接近正比例函数,R2为0.999 9,精确度为0.79;该装置与湿式气体流量计串联对ABR反应器进行了12 h的计量对比实验,两者计量的气体总量分别为29.513、29.356 L,相差0.25 L。表明该计量装置可进行产气量的精确计量。

养猪废水厌氧产沼反应器产气性能的研究

厌氧反应器中接种高效厌氧颗粒污泥并保持启动后平稳运行。在运行过程中对负荷、pH、氨氮对产气性能的影响进行研究。研究表明气体产量在一定范围内与进水负荷相关,进水负荷越高,产气量越大;在产甲烷菌的最适pH范围内产气量稳定上升;氨氮浓度升高使废水pH发生变化,破坏厌氧微生物的最佳生存环境,氨氮浓度在1 500 mg/L以下时对产甲烷菌没有明显不利影响;氨氮浓度超过1500 mg/L时抑制产甲烷菌的活性,产气量降低,反应器性能下降。

过渡金属电催化剂在硅基光阳极分解水产氧中的作用

光电化学分解水可将太阳能转换为绿色的氢能,为目前的能源危机和环境问题提供了一种理想的解决方案.在分解水反应中,涉及四空穴过程的产氧半反应是制约性能的关键步骤,往往需要在半导体表面沉积电催化剂以加速产氧反应动力学.因此,全面理解电催化剂在光电化学分解水体系中的作用至关重要.在目前的产氧电催化剂中,过渡金属羟基氧化物电催化剂(MOOH,M=Fe,Co,Ni)因其环保、廉价、高效以及稳定的特性,已被广泛用于半导体光阳极分解水器件中.而且,MOOH可用简单的电沉积方法沉积在光电极表面,易于大面积制备.然而,电沉积法制备的MOOH具有复杂的结构,对其作用机制的全面理解更加困难.因此,本文以电沉积MOOH修饰的硅基光阳极(n^(+)p-Si/SiO_(x)/Fe/FeOx/MOOH)作为模型,研究了不同电催化剂对硅光阳极光电化学产氧性能的影响.实验发现电催化剂的界面优化在电催化剂修饰的光电极中发挥着重要作用,这是因为优化的界面可以提升界面电荷传输,提供更多的催化反应活性位点以及更高的本征催化活性,从而更有利于光解水性能的提升.该项研究揭示了电催化剂在光解水器件中的作用,并为今后高效光解水器件的设计提供了一定指导.首先在多晶n^(+)p-Si基底上热蒸镀了一层30 nm的金属Fe膜,并通过电化学活化将Fe膜表面转换为FeOx得到Fe/FeOx(记作aFe)界面层,然后利用电沉积方法制备MOOH表面修饰层,最终得到n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:MOOH光阳极.X射线光电子能谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜表面元素成像的表征结果均证实电极表面由于界面层金属Fe元素的掺杂而形成了Fe1-xNixOOH.在模拟太阳光下用于光解水产氧时,n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:NiOOH电极的起始电位为~1.01 VRHE(相对于可逆氢电极的电势),在1.23 VRHE下的光电流为38.82 mA cm^(-2),显著优于n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe、n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:FeOOH以及n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:CoOOH三个对比样品,且其稳定性达到75 h.另外,我们发现n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:MOOH电极的光电化学产氧性能均显著高于n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe电极,且p++-Si/SiO_(x)/aFe:MOOH的电催化产氧性能也高于p++-Si/SiO_(x)/MOOH,不仅证明了aFe界面层对Si与MOOH层之间的界面接触作用的有效调控,而且表明双电催化剂体系(aFe:MOOH)的电催化产氧活性高于单电催化剂(MOOH).热力学分析表明,n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:MOOH光阳极的光电压大小与其光解水产氧性能并不一致,从而排除了热力学因素对性能的关键影响.进一步从塔菲尔斜率、电化学活性表面积和电化学阻抗谱对各电极的动力学进行了分析,证明了动力学因素在上述光阳极产氧性能中的主导作用.同时发现,由于aFe:NiOOH双电催化剂具有更高的本征电催化产氧性能,提供了更多的表面活性位点以及更有效地促进了光生载流子的传输,对动力学的提升效果更显著,从而使n^(+)p-Si/SiO_(x)/aFe:NiOOH光阳极表现出最高的光解水产氧性能.

层状水滑石结构包覆钴硼合金的电化学产氧性能（英文）

电解水制氧是一种非常有吸引力的转化储存间歇式能源的技术.本文着重研究了非晶态钴硼合金的电解水产氧性能.非晶态钴硼合金可以通过硼氢化钠直接还原钴盐来获取,并表现出较高的电化学活性.对钴硼合金的弱氧化,产生了类水滑石结构的钴氢氧化物,可进一步提高该类催化剂的整体催化活性,达到接近商业催化剂水平.

分子催化剂催化水氧化过程及其O-O成键机理

随着化石燃料的不断消耗和生存环境的日益恶化,可再生、清洁且环境友好的新能源逐渐受到广泛关注与利用.太阳能作为一种洁净的可再生能源,在自然界中,植物可以通过光合作用将太阳能转换成化学能.在该过程中,水分子在光系统II中被氧化而释放出氧气,伴随生成的质子和电子进一步将二氧化碳转化为蕴含生物质能的碳水化合物.在光系统II中,叶绿素P680被光照激发生成阳离子自由基P680^(·+),其具有很强的氧化能力,可以从附近的析氧中心中夺取电子.析氧中心通过这一过程失去4个电子,可以将两分子水氧化生成一分子氧气和4个质子.作为水裂解的半反应之一,水氧化在热力学方面需要很多能量来断裂4个O-H键(ΔE=1.23 V vs.NHE),在动力学方面涉及4个氢原子与2个氧原子的重组以及氧气的释放,因而水氧化析氧是一个非常缓慢的过程,如何高效稳定地催化水氧化一直是人们研究的热点和难点.研究发现,自然界中存在的析氧中心为Mn_(4)CaO(x)的钙锰簇合物,在水氧化过程中生成的Mn=O物种可以被游离的水分子亲核进攻形成O-O键,也可以与桥连μ-O(H)反应生成O-O键.通过对析氧中心持续的研究,在过去几十年中设计合成了一系列具有水氧化催化活性的基于金属配合物的分子催化剂.分子催化剂催化水氧化一般主要分为金属-氧物种的演化过程以及O-O成键过程.通常,金属-氧物种可以通过失电子或质子耦合的失电子过程逐步生成高价态的金属-氧物种,其引发的O-O成键过程通常是水氧化催化循环的决速步骤.基于之前的研究成果,目前主要报道了五种不同的O-O成键机理:(1)水亲核进攻金属-氧物种的WNA机理,(2)金属-氧自由基耦合的I2M机理,(3)金属-羟基自由基耦合的HC机理,(4)分子内进攻桥连氧的IOC机理以及(5)氧化还原异构的RI机理.本文综述了过去几十年水氧化分子催化剂的发展,总结了贵金属钌和铱配合物到第一过渡金属锰、铁、钴、镍和铜配合物催化水氧化过程中金属-氧物种的生成与演化,重点阐述了引发O-O成键过程的高价态金属-氧物种的种类及其不同的O-O成键机理.重点总结了O-O成键中WNA机理与I2M机理的异同,并阐述了催化剂设计对WNA与I2M机理选择性的影响.通过对金属-氧物种种类和O-O成键机理的总结,将有助于进一步设计合成高效稳定的水氧化分子催化剂.

好氧-沉淀-厌氧工艺剩余污泥减量性能和机理研究

探讨了污泥衰减、能量解偶联、低污泥产率厌氧反应对OSA工艺污泥减量作用的影响.结果表明,污泥衰减是由微生物死亡及吸附于污泥表面的颗粒有机物水解酸化和微生物内源代谢2部分组成.间歇试验污泥厌氧过程中,上清液SCOD、NH4+-N、TP浓度均随厌氧时间逐渐升高,OSA污泥厌氧16 h后溶解性蛋白质高达33.09 mg/L,上升幅度高于多糖浓度的变化,证实了污泥水解现象.OSA污泥内源SOUR可达8 mg/(g.h),是CAS污泥内源SOUR的1.7倍以上,说明OSA系统中较高的内源代谢促使污泥减量.污泥衰减是OSA工艺污泥减量的决定性原因,可占OSA污泥减量效果的66.7%左右.间歇实验证实了OSA系统由于厌氧-好氧耦合环境,存在能量解偶联现象,但由于这种作用引发的污泥减量仅占7.5%左右.OSA工艺污泥厌氧池释放的SCOD作为缺氧反硝化、厌氧释磷、硫酸盐还原及产甲烷的二次基质,由于这些厌氧反应污泥产率低于好氧代谢,使得系统污泥产率下降,约有23.5%的污泥减量是源于这种因素.OSA污泥减量是由多方面因素综合作用的结果.

具有可调谐自旋态的Mn-N-C结构助力太阳能驱动全解水

光解水技术可以将太阳能转化为氢能并加以存储和利用,被视为解决能源与环境问题的理想方式之一1,2。电荷的产生、迁移、以及表面氧化还原反应是决定光催化效率的关键因素,将半导体与储量丰富、低成本和高催化活性的过渡金属耦合是提高效率的有效策略。

化学氧呼吸器产氧过程的热质分析

本文基于化学产氧的复杂物理化学过程,在对产氧装置的实验结果和物理过程合理分析与假设的基础之上,抽象出反应装置的物理模型,提出'层式反应'模型,,建立了反应器传热、传质和流动的二维非稳态数学模型。对反应装置内部速度、压力、温度和浓度场的分布规律展开研究,与实验实测值吻合较好。并就不同人体劳动强度、不同颗粒粒径对反应装置使用性能的影响进行了分析,为化学氧呼吸器的开发提供了理论参考。