硫碘循环中电化学Bunsen反应特性研究

为了探讨电化学Bunsen反应特性,通过自主搭建实验系统,研究Nafion 115膜在电池中的传输特性、两极酸溶液浓缩规律以及膜两侧的溶液交叉污染。结果表明;提高电流密度,膜的质子传递数和水渗透系数均减小,H_2SO_4和HI浓度增加;温度升高,质子传递数快速降低,而水渗透系数增加,即膜的传输特性变差,HI浓度明显降低,H_2SO_4浓度则增大;增加I_2/HI物质的量之比,水渗透系数和H_2SO_4浓度持续增大,而HI浓度降低。提高电流密度、温度或I_2/HI比时,均可促进杂质的迁移,即加重交叉污染。可见,适当控制电流密度、降低温度和I_2/HI物质的量之比,有利于实现最佳的电化学Bunsen反应。

新型电化学反应器降解苯酚废水的研究

以自制钛基PbO_(2)电极为阳极,以碳纤维管为阴极成功开发了一种基于电磁感应无线供电技术的微型电解池填充式电化学反应器,从电解质浓度、pH值和输入电压等等方面探究了新型电化学反应器对苯酚废水的最佳降解条件,当电解质浓度为0.012 5 mol/L,pH值为5,输入电压为8 V时进行降解100 min,苯酚降解率可达92%,处理效果最佳。与传统平板式电化学反应器相比具有明显优势。

离子液体中PMBA脱羧反应及界面水影响的电化学SERS研究

基于气-液界面自组装法和转移技术制备了负载Au纳米粒子单层膜的玻碳电极(Au MLF@GC),并将其用于离子液体-电化学体系界面过程现场的研究.以对巯基苯甲酸(PMBA)的表面等离激元共振(SPR)催化脱羧生成苯硫酚(TP)反应为探针,采用电化学-表面增强拉曼光谱(SERS)技术,通过电位阶跃法研究了其在离子液体体系中的反应动力学行为.结果表明,亲水性离子液体[BMIm]BF_(4)/Au MLF@GC的零电荷电位(pzc)为−0.95 V,PMBA脱羧反应仅在pzc以正区间发生;通过SERS谱峰强度变化以二级反应拟合获得该反应的速率常数,发现其反应速率常数的对数与阶跃后电位呈线性关系;随着体系外加水的含量(摩尔分数)由0增至0.001和0.003,阶跃后发生脱羧反应的起始电位负移,且同一阶跃电位下反应速率常数随着外加水量的增加而增大.

电化学-膜生物反应器强化污废水处理的研究进展

电化学耦合膜生物反应器(EMBR)是新兴的污废水处理技术,除了能够高效去除常规污染物,EMBR在去除微污染物和病原微生物、缓解抗生素抗性基因增殖、控制膜污染和回收生物能源与资源等方面也具有显著的优势。综述了EMBR工艺的原理及特点、污废水处理效能、能源与资源回收效果、膜污染控制和技术挑战。为了推动EMBR的工程应用,未来仍需开发具有高导电性、生物相容性的电极材料,优化反应器构型和操作条件,以持续提升对污废水的处理效能。

催化反应增强痕量肿瘤标志物电化学检测性能研究进展

肿瘤标志物的灵敏检测是癌症早期诊断、治疗策略的选择和预后监测的重要保障手段之一。肿瘤标志物在血清中含量低,通常以痕量水平存在,甚至极个别的肿瘤标志物在每毫升血清中仅为飞克或皮克量级,其质量浓度的细微变化对于肿瘤的发生、发展和治疗效果具有一定的指示作用。如何实现痕量水平下肿瘤标志物微小质量浓度变化的灵敏检测具有重要的临床意义,并受到了人们的广泛关注。电化学传感器因具有高灵敏度、快速响应、易于操作及仪器小型化等特点,所以电化学免疫传感器检测痕量水平下肿瘤标志物微小质量浓度变化的研究,受到了人们的普遍关注并取得了巨大进展。本文主要综述了催化反应增强肿瘤标志物电化学检测性能方面取得的研究进展,特别关注了生物酶、纳米酶的应用以及电化学金属催化剂的使用,同时对有待解决的问题进行了展望。

电化学反应器在有机废水处理中的应用

在处理废水方面,电化学氧化技术相较于其他方法拥有诸多优势,是典型的“环境友好”技术。此外,在处理生物难降解物质方面,具有较好的降解效果。电化学反应器作为电化学氧化技术的核心部分,其结构和特点对整个处理过程至关重要。介绍了不同类型电化学反应器的结构特点,综述了各种类型的电化学反应器在处理工业废水、生活污水等有机污水方面的研究进展和实际应用情况。

三维电化学电催化降解1,4-二氧六环的工艺优化及反应机理

通过三维(3D)电化学电催化降解1,4-二氧六环,以去除率为指标,对电压、电解质浓度、粒子投加量3个工艺参数进行优化,并推测该工艺降解1,4-二氧六环的主要反应机理。结果表明,工艺优化后的3D电化学体系提高1,4-二氧六环去除率,最高为84.87%,其去除1,4-二氧六环的最佳工艺条件为:电压10 V,粒子投加量20 g,电解质浓度0.015 mol·L^(-1);相较于二维(2D)电化学体系,3D电化学电催化的去除率提高了60.39%。此外,pH值对1,4-二氧六环去除效果的影响不明显。在3D电化学电催化过程中,羟基自由基(·OH)和过氧自由基(·O_(2)^(-))可能发挥重要作用,1,4-二氧六环通过开环、分解一系列连锁反应生成小分子酸,最终矿化成CO_(2)和H_(2)O。

金属有机框架ZIF-8材料及其在电化学析氧反应中的应用研究进展

ZIF-8是近年来新材料领域的研究热点,其拥有较大的比表面积、灵活的化学结构、永久的孔穴和较高的孔隙率,在气体储存、催化和膜分离等领域具有广阔的应用前景。ZIF-8是由金属Zn 2+与2-甲基咪唑反应形成的一种多孔材料。本文重点总结了ZIF-8材料的合成方法,并对其在电化学析氧反应(OER)中的应用进行综述。设计并开发出具有优良性能的ZIF-8及其衍生材料对电化学OER的应用具有重要作用,并进一步对其用于电化学OER存在的机遇和挑战进行了展望。

电化学反应性捕集CO_(2)研究进展与挑战

CO_(2)捕集是控制温室气体排放的关键技术之一,电化学CO_(2)还原是关闭人工碳循环的有效途径,但CO_(2)捕集和电化学CO_(2)还原过程均为能源密集型过程。过去的研究将两者视为相互独立的技术和科学领域进行发展。通过直接电解捕集介质(如胺基富液和碳酸氢盐),将上游的碳捕集和下游的电化学还原过程进行集成耦合,可以避免高能耗的捕获介质再生和CO_(2)释放环节,避免CO_(2)的运输和存储操作,降低整体工艺的运行成本,提升整个碳循环的能量效率和经济效益,为节约能源和经济高效地捕集利用CO_(2)提供了一个潜在的解决方案。总结了目前电化学反应性捕集CO_(2)的研究进展,论述了在电极和电解质方面取得的成果,讨论了影响集成电解效率的限制因素,并分析了各类因素的潜在影响机制和可能的反应路径。最后,强调了直接电化学还原捕集介质领域的主要挑战和机遇,并对未来耦合碳捕集与电化学利用过程的发展进行展望。

基于反向传播神经网络的电化学强化厌氧膜生物反应器膜污染预测模型

厌氧膜生物反应器(AnMBR)在高效处理污水的同时能够捕获污水中的能量,产生清洁能源甲烷,对实现“碳中和”目标具有重要意义。膜污染问题是制约AnMBR在市政污水中大规模工程应用的首要挑战。基于电化学调控的AnMBR是实现膜污染控制耦合高效产能的一种潜在途径。本文构建了电化学强化AnMBR反应体系,收集反应器连续运行试验数据,基于反向传播神经网络(BPNN)理论,建立单层多节点隐含层的BPNN模型。采用两种不同方式分割数据集,经过多次训练实现模型性能的优化,可将已有水质时间序列数据作为输入,对未来的膜污染时间序列进行预测。结果表明,跨膜压差(TMP)与pH值、氧化还原电位(ORP)未呈现出显性关联,但其本身表现出典型的时间序列数据特性。所构建的BPNN膜污染预测模型误差能够达到1e-10以下,预测精确度接近100%,可为电化学强化AnMBR系统的运行管理提供有力的支持。

电化学合成耦合可再生能源制氢:机遇与挑战

利用可再生能源实现物质和能量的转化,是发展节能减排技术、实现双碳目标的重要手段.有机电合成是一种温和、清洁、高效的物质合成方法,可以有效解决传统化工过程的高能耗和高污染问题.将电解水制氢与有机电合成耦合,利用水分解产生的活性氧/氢直接氧化/还原有机物,不仅有助于降低能耗,还可以生产高附加值有机化工产品,是提高电能利用效率、降低生产成本的有效方案.然而,尽管这种方法具有诸多优势,其工业化应用仍面临一系列难题.本文回顾了电化学合成的发展历史,探讨了氢能时代为电化学合成带来的发展机遇.同时,分析了将电化学合成与电解水耦合所面临的挑战以及未来发展方向.首先,应当慎重选择与电解水制氢耦合的阳极反应体系,其氧化产物不但要具有比反应物更高的经济价值,而且要有较大的市场需求量,以匹配制氢规模.其次,虽然在热力学上有机物氧化比析氧更容易发生,但在动力学及传质方面,有机物氧化可能存在劣势,因此必须开发适用于工业制氢电流密度(500‒2000 mA cm^(‒2))的有机物氧化电极材料.第三,阳极有机产物选择性不仅影响反应物的利用率,而且决定后续分离纯化成本,需要通过调控活性氢/氧及有机物表面的竞争吸附等手段,提高阳极目标产物选择性及法拉第效率.第四,隔膜是分离两极反应物料、防止副反应发生的重要部件.然而,现有的阴、氧离子交换膜的耐有机物腐蚀性能差,需要开发适用于电解耦合体系的、具有高离子传导能力且性能稳定的新型隔膜材料.最后,当有机物氧化与电解水耦合后,产物的分离复杂程度增加,需要将精馏、萃取、膜分离等手段与电化学反应相结合,以提升电解过程效率.综上,本文讨论了电化学合成耦合可再生能源制氢的若干技术难题,为未来电合成与氢能技术共同发展提供新思路.

电化学脱卤氘化研究进展

近年来,含有氘原子的化合物在包括材料和生物医药在内的各个领域中的重要性日益增加,被广泛应用于化学和生物学的机制研究中,将氘原子引入有机化合物已经成为药物分子发展的重要方向之一。同时,在非生物活性物质的活体内氚标记的化合物也发挥了重要作用。自美国食品药品监督管理局(FDA)批准的第一种用于临床治疗的氘化药物问世以来,氘标记的化合物就迅速成为人们关注的焦点,各种有机化合物的氘化方法被广泛开发。其中,卤化物的还原氘化具有高选择性的优势,但是大部分反应策略受到氘源和催化模式的限制。有机电合成作为一种相对绿色的催化模式以及其对氧化还原反应的广泛适应性,电化学卤化物的还原氘化成为替代传统卤-氘原子交换的重要方法之一,它避免了传统方法中过渡金属催化剂、金属试剂及昂贵氘代试剂的使用。近年来卤化物的电化学脱卤氘化得到很快的的发展,电化学脱卤氘化通常仅需要重水作为最廉价易得的氘源就能高效得到高氘代掺入率的产物,这为氘代化合物的合成与发展提供了重要的支撑。本文根据卤化物的类型,综述了电化学条件下芳基卤化物和烷基卤化物还原氘化的最新进展以及其反应机制,有望为未来更为广泛的氘代方法研究以及氘代化合物的研究提供一定的基础.

电化学二电子氧还原制备过氧化氢研究进展

利用电化学二电子氧还原(2e-Oxygen Reduction Reaction,2e-ORR)方法实现过氧化氢(H_(2)O_(2))的分散式制备,被认为是具有广阔发展前景的技术之一。为实现高的氧还原活性和理想的H_(2)O_(2)选择性,设计高性能2e-ORR电催化剂是该技术的核心关键。尽管现阶段发展的2e-ORR催化剂已经取得了显著进展,但距离规模化应用仍存在很大的差距。基于此,本文综述了电化学二电子氧还原制备H_(2)O_(2)的最新研究进展,首先简要介绍了反应机理和评价方法,并根据机理分析了影响电催化性能的关键因素。随后围绕贵金属催化剂、碳基催化剂、单原子及分子催化剂的最新研究进展,阐述了提升催化剂活性与H_(2)O_(2)选择性的主要策略。最后,针对电化学二电子氧还原制备H_(2)O_(2)体系面临的关键问题和挑战,对该领域未来的发展趋势进行了展望。

粗糙金属电极的原位电化学拉曼光谱法在固-液界面分析中的进展

原位电化学拉曼光谱利用入射光诱导物质分子的散射现象,通过测定拉曼光谱信号与电极电位或电流强度的变化关系,来表征电极表面(界面)的分子微观结构。该技术能够获取电化学界面上的分子振动信息以及与化学反应相关的结构信息,并进行实时监测,因此在物质界面表征领域得到了广泛应用。本文从原位电化学拉曼光谱的原理出发,综合叙述了基于粗糙金属电极的原位电化学拉曼光谱在固-液界面分析的进展,包括分子吸附、析氧反应、析氢反应和氧还原反应;同时,探讨了界面结构、反应过程以及催化中间体与拉曼信号强度的关系,介绍了催化过程反应机理和催化物质的催化机理,最后,对下一阶段原位电化学拉曼光谱法在固-液界面分析中存在的科学问题进行展望。

高浓度磷酸盐缓冲液中多巴胺电化学氧化过程的在线质谱分析

研究高浓度缓冲盐体系中物质的电化学氧化还原过程,对于准确理解电化学反应机理具有重要意义。本研究研制了一款体积小、性能稳定、结构简单、制作方便的流动电解池,将其与大气压化学电离质谱联用,构建了一种可在线分析高浓度缓冲盐溶液中电化学过程的电化学-质谱分析装置,用于在线、实时研究缓冲盐溶液中多巴胺的电化学氧化过程。结果表明,通过热沉积方式可高效地在线去除缓冲溶液中的无机盐组分,有机组分可经大气压化学电离方式进行离子化,随后进入质谱检测。多巴胺电化学氧化质谱分析结果表明:在0 V氧化电位下,多巴胺不发生氧化,主要获得多巴胺的质子化信号m/z 154[M+H]^(+);当氧化电位为+0.3 V时,除多巴胺的质子化信号外,还可获得多巴胺失去4个e-的氧化产物多巴色素(dopachrome)质子化峰m/z 150[M+H]^(+),以及多巴色素与多巴胺通过分子间氢键形成的加合物信号m/z 303[M+H]^(+);当氧化电位升高至+0.6 V时,氧化产物m/z 150和303的丰度进一步提高。

提升教育功能的“氧化还原反应与电化学应用”教学新策略

针对以往无机化学“氧化还原反应与电化学应用”章节教学设计教育功能不足问题,我们将教学内容进行重构,在保持基础框架的前提下,凸显本章核心内容和前沿发展,结合线上线下教学模式,渗透创新思维和科学研究方法,提出新的教学策略。意在通过教学新策略实现“两性一度”的一流课程标准,体现教育铸人、铸魂的本质价值。

一步电沉积法制备NiCoFe电极用于电化学脱氧的研究

针对电化学脱氧中阴极氧还原反应(ORR)所用催化材料成本高、效果差的问题,在不同电流密度下通过电沉积法高效制备NiCoFe三元合金,并对合金材料的形貌和结构进行表征和分析,结果表明所制备NiCoFe合金有着蓬松的花椰菜状表面形貌和合金晶型结构。在三电极体系中对不同电流密度下制备的NiCoFe合金进行ORR性能测试,结果表明,当电沉积电流密度为1.0 A/cm2时,NiCoFe合金的半波电位为0.782 V,起始电位为0.936 V,极限电流密度为2.9 mA/cm2,盘环电极(RRDE)测试显示合金的转移电子数为3.52,接近于商用Pt/C催化剂的四电子转移。设计电化学脱氧小试设备用于考察NiCoFe合金作为阴极电极时对于模拟工业水中溶解氧的去除效果,结果表明NiCoFe阴极的脱氧率达99%以上,是一种性能优异的ORR电催化材料。

质谱技术在固-液界面电化学中间产物探测中的研究进展

电化学反应过程中,固-液界面瞬态中间体的快速捕获与实时监测对研究电化学反应机理具有重要意义。质谱具有灵敏度高、特异性强等优点,能够提供待测物的组成与结构信息,已逐渐成为电化学反应中间体检测的有力工具。本文综述了基于电喷雾质谱、原位电离质谱以及飞行时间二次质谱的电化学质谱(EC-MS)联用技术在电化学反应瞬态中间体检测方面的研究进展,系统地总结了EC-MS在有机电合成、电催化、锂离子电池、电致化学发光以及生物分子电化学反应过程分析等领域的应用情况,并对质谱技术在电化学反应中间体检测方面面临的挑战和发展趋势进行展望。

纳米多孔金应用于葡萄糖氧化和4-硝基酚检测的电化学研究

纳米多孔金在电化学传感器制备中具有广泛的应用前景。基于此,文章针对纳米多孔金的电催化活性及其在电化学传感器方面的应用情况开展实验分析。结果显示,纳米多孔金在电化学传感器制备和应用方面具有良好的应用效果和应用前景。

高浓度含氰废水电化学预处理工艺分析

在高浓度含氰废水的预处理工程中,本研究通过分析不同的加盐量、电流、反应时间,来确定电化学工艺最适合的反应条件。实际运行数据分析表明,在CN-浓度为1730 mg/L、电化学反应区容积为500 L、反应时间为3.0 h、极板电流为1.0 A、加盐量为4 g的情况下,含氰废水出水中的氰化物含量可降到60 mg/L左右,去除率达96%以上。