用循环伏安法研究烷氧基聚紫精的电氧化还原性能

利用循环伏安法研究了烷氧基聚紫精(PAoV)的电氧化还原性能,测定了它们的两步还原电位、峰电流和表现扩散系数(D),结果表明:D随着PAoV结构中所含醚键的增加而减小;并对第一步还原反应的可逆性进行了研究,发现第一步还原反应的可逆性优于第二步还原反应,同时证明电极反应是由扩散步骤控制的;PAoV具有良好的抗电疲劳性能;并研究了体系pH值和扫描范围对PAoV的电氧化还原性能的影响。

负离子对紫精光还原和电氧化还原性能的影响

负离子对紫精光还原和电氧化还原性能的影响冯敏辉，刘伟区，梁兆熙（中山大学高分子研究所，广州，５１０２７５）关键词紫精化合物，负离子，电氧化还原，光还原，化学还原合成了不同负离子（Ｆ－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、Ｉ－、ＳＣＮ－、ＣｌＯ４－）的芳基紫精聚合物，并研...

二氧化碳电还原制乙醇催化体系与材料研究进展

利用二氧化碳电催化还原(CO_(2)RR)技术可将CO_(2)直接转化为燃料或高附加值化学品,是当前缓解资源、环境等问题的有效途径之一。在CO_(2)RR产物中,乙醇具有相对较高的能量密度和经济附加值,但由于基元过程复杂且易受传质与副产析氢的影响,该过程常常伴随高过电位、低反应速率等系列问题。为此,重点介绍利用体系耦合的“过程串联”,活性位点耦合的“反应串联”,以及凸显“电子效应”、“应变效应”和“限域效应”的“反应协同”进行CO_(2)RR制乙醇催化体系的设计思路及相关电催化材料的研究进展。最后,指出“串联催化”和“协同催化”是当前电催化体系设计的两种主要策略;在不同的电催化策略下,基于机理的催化材料设计是CO_(2)RR制乙醇过程活性提升的关键。

氧配位提升二氧化碳还原铁基电催化剂性能研究

采用快速焙烧结合可控诱导的策略,通过诱导铁基前驱体中的铁物种与碳载体中的氧元素生成配位键,进而达到有效提升二氧化碳还原铁基电催化剂性能的目的。X射线光电子能谱(XPS)等表征结果表明,快速焙烧结合可控诱导的策略可有效诱导Fe—O键的生成,进而有效调控铁基电催化剂的电子性能。性能测试结果表明,在氧配位修饰的铁基电催化剂的作用下,在410 mV(-0.56~-0.97 V)的宽电位范围内,一氧化碳的法拉第效率可持续保持接近100%的高水平。

原位衰减全反射表面增强红外光谱示踪单原子催化二氧化碳电还原反应中间体的研究进展

电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)涉及多个电子和质子转移,动态演变过程复杂.具有结构简单性和均匀性的单原子催化剂(SACs)是研究上述复杂过程的理想模型催化剂,有利于理解催化构效关系.原位衰减全反射表面增强红外光谱技术为识别单原子催化CO_(2)RR的动态演变过程提供了有利方法.本文总结了原位红外光谱在电催化CO_(2)RR研究中的应用:首先,简要介绍了电化学衰减全反射表面增强红外光谱的表面增强机制;详细探讨了原位衰减全反射表面增强红外光谱技术在研究原子级金属催化剂催化CO_(2)/CORR反应动态演变过程的关键作用;简述了原位红外谱图确定界面水的相关信息以及电极局部pH值的定量方法.原位电化学红外光谱技术加深了对CO_(2)RR反应机制的理解,揭示了催化剂结构、电解质种类、分子吸附方式等对反应活性和选择性的调控规律.尽管研究已取得较大进展,但由于电催化CO_(2)RR的复杂性,学者对该反应的认知仍不够全面和深入,面临的机遇和挑战如下:(1)精准辨识CO_(2)RR关键中间体/生成物.特别是当中间体/生成物的特征峰与其他峰重叠时,精准识别相关特征峰将极具挑战.一方面,需进一步提高原位光谱技术分辨率;另一方面,近年来深度学习算法在光谱分析领域的应用为中间体/生成物混合特征峰的精准识别提供了有效方案,此类算法能建立变量之间的关系,实现光谱中特征信息的智能、精准提取;(2)深入解析CO_(2)RR机理和复杂的反应路径.目前,研究者尚难以通过直接实验手段明确CO_(2)RR路径.原位电化学红外光谱技术结合密度泛函理论(DFT)是明确CO_(2)RR中间体和反应途径的可行方案,能够进一步指导反应条件优化和催化剂结构设计;(3)建立工况下的原位CO_(2)RR机理研究方案.膜电极组件(MEA)电解槽通过使用膜直接连接阴极气体扩散电极和阳极,有效解决了H型反应器的局限性,具有工业应用前景.然而,基于MEA的工况条件CO_(2)RR机制研究鲜有报道.因此,需要开发工况条件下的原位电化学光谱技术,以探究三相界面分子尺度关键中间体/生成物动态演变,并建立工况条件的CO_(2)RR催化构效关系,这将有助于提高工况下的选择性、转化效率,以及实现更高价值的多碳产品的规模生产,并进一步指导高效反应器设计.综上,本文详细综述了原位红外光谱在电化学CO_(2)RR研究中的应用,并对电催化CO_(2)RR目前遇到的问题提出了解决方案,希望对广大科研工作者利用原位红外光谱进一步深入研究电催化CO_(2)RR提供参考和借鉴.

碳达峰碳中和政策与电催化二氧化碳还原技术

电催化二氧化碳还原为高附加值的化学产品是实现碳达峰碳中和战略目标的最重要技术之一。在本文中,我们解读了碳达峰碳中和政策,探讨了电催化二氧化碳还原的技术优势,分析了该技术的成本因素,总结了该技术的器件进展。本文为研究人员理解碳达峰碳中和政策提供了全面认识,为发展电催化二氧化碳还原技术指明了研究方向。

碱金属阳离子在外加电位下影响单分散铜氮掺杂碳材料催化二氧化碳电还原的机理研究

单分散铜氮掺杂碳材料是一类很有希望的二氧化碳电还原催化剂.然而,铜位点周围电极-电解质界面的复杂环境阻碍了人们对该体系机理的全面认识以及在机理基础上的系统性优化.本文建立了一个电双层模型来研究在有外加电位条件下碱金属阳离子对单分散铜氮掺杂碳催化剂表面二氧化碳电还原的影响.巨正则系综密度泛函理论计算表明,在相对标准氢电极电势1.2 V的条件下,水合钠离子促进了CO_(2)在Cu位点上的电吸附,使其形成弯曲的二氧化碳负离子;而在足够负的电势条件下,CO_(2)的电吸附(Cu+CO_(2)+e-→Cu-CO_(2)-)而非羧基形成步骤,是钠离子协助下CO_(2)还原为CO反应的决速步.此外,铜与带负电的羧基结合形成类似碳酸氢根的结构,或得益于单价Cu的d10电子构型.研究表明,碱金属阳离子在单分散铜氮掺杂碳上二氧化碳电还原的早期阶段发挥了关键作用,而且恒电势条件的模拟对理解反应机理非常重要.

类普鲁士物前驱体铜基催化剂用于二氧化碳电催化还原制备多碳产物的研究

以合成的铜铁类普鲁士物为前驱体,通过热解、还原及脱铁法制备了纳米铜催化剂颗粒,系统研究了热解温度(250、400℃)对催化剂性质及催化效果的影响。结果表明,较低的热解温度导致CuFe-250含有更多碳氮元素残留,并导致了不同的催化效果。与CuFe-250相比,CuFe-400拥有更高的乙烯和一氧化碳选择性,其中乙烯的法拉第效率峰值可达52%。机理分析结果表明,在二氧化碳电催化过程中,受催化剂影响的三相界面结构对产物的选择性具有关键的影响。

铜纤维毡的模板-热还原法制备及二氧化碳电还原性能

为了研究人工碳纳米材料模板对铜纤维毡制备及结构的影响,应用模板-热还原法,以3种碳材料为模板,通过优化前驱体中CuCl_(2)·2H_(2)O与模板的质量比尝试制备铜纤维毡。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪分析了试样的结构和化学组成。结果表明,石墨烯可发挥模板作用,得到橙红色厘米级铜纤维毡,铜纤维毡中铜纤维的直径约5μm,且铜纤维表面分布亚微米级台阶。将铜纤维毡制成自支撑电极,应用在线气相色谱仪和核磁共振波谱仪评价了铜纤维毡的CO_(2)电化学还原性能。相对于泡沫铜,铜纤维毡作为CO_(2)电还原反应的催化剂,展现了对甲酸生成较高的选择性。

银基复合催化剂用于二氧化碳电化学还原性能研究

由可再生能源驱动的二氧化碳电化学还原是碳中和的有效途径,但二氧化碳电化学还原仍存在低选择性、低产率、低稳定性和过电位等问题。二氧化碳电化学还原的性能与催化剂的结构和组成密切相关,因此,设计高活性的催化剂对二氧化碳电化学的商业化应用具有重要意义。利用煅烧三聚氰胺制备的C_(3)N_(4)作为银纳米颗粒的载体合成均匀分布的Ag/C_(3)N_(4),用于提高二氧化碳电化学还原制备一氧化碳的活性。C_(3)N_(4)含有富电子氮原子,作为载体能够改性金属Ag的电子结构,从而优化复合催化剂的电催化活性;Ag纳米颗粒均匀分散在C_(3)N_(4)载体上可以提高活性面积、避免团聚,进而提高反应稳定性。研究结果表明,相比于Ag/C催化剂和纯Ag纳米催化剂,Ag/C_(3)N_(4)催化剂提高了电催化二氧化碳还原制备一氧化碳的选择性、反应速率和稳定性。在电流密度为100 mA/cm^(2)以上反应7 h后,一氧化碳法拉第效率仍维持在90%以上。

基于MWCNT/TiO_2对电极和硫醇盐/二硫化物非碘氧化还原电对的染料敏化太阳能电池性能

采用水热法合成出多壁纳米碳管/二氧化钛(MWCNT/Ti O2)复合物,并作为染料敏化太阳能电池(DSSC)中对电极材料并组装成电池.通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线粉末衍射(XRD)、同步热重-差示扫描量热(TGA-DSC)、拉曼(Raman)光谱和光电子能谱(XPS)等方法对其形貌、组成和结构进行表征.结果表明,酸化MWCNT表面―COOH与水热生长出的锐钛矿Ti O2表面―OH之间,通过形成类似于O=C―O―Ti或者C―O―Ti的结构,能有效地增强复合物薄膜层与导电玻璃基底之间的相互作用.通过循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、塔菲尔曲线(Tafel)和电池的伏安特性曲线等方法研究了该类对电极对硫醇盐/二硫化物(T-/T2)非碘氧化还原电对的光电化学特性.结果表明:当MWCNT与Ti O2质量比为3:1时,基于该复合物对电极与T-/T2非碘氧化还原电对所组装DSSC的开路电压为0.63 V,短路电流为15.81 m A·cm-2,填充因子为0.65,光电转换效率达到6.47%.

几种氧化还原电对在间接电氧化合成中的应用

间接电氧化有机物是有机合成的一个重要方向。本文介绍了间接电化学氧化过程中常用的凡种氧化煤质的电生过程以及它们在间接电氧化合成中的应用，对比了Co3+、Ce3+及Mn3+的氧化活性，指出了适合于用它们来氧化的甲苯衍生物的特征。

1,3-丙二醇发酵中氧化还原电位的变化与控制

引入氧化还原电位(ORP)作为参数,研究了克雷伯氏肺炎杆菌发酵产生1,3-丙二醇的工艺,结果发现氧化还原电位的水平与克雷伯氏菌的代谢过程密切相关,ORP维持较低水平的时间越长,菌体的快速生长期和1,3-丙二醇的快速合成期也越长,而且在1,3-丙二醇的快速合成期其合成速度和ORP水平有明显的相关性。研究了NaH2PO4对发酵过程的影响,结果发现较低浓度的NaH2PO4能够降低ORP的水平,较高浓度的NaH2PO4能够延长ORP的相对稳定期。因此,通过控制磷源的补加及调控氧化还原电位的变化,可显著提高1,3-丙二醇的最终浓度和甘油转化率。

涉及多元酸碱和不对称氧化还原电对的滴定分析

为了规律性地认识涉及多元酸碱和不对称氧化还原电对的滴定分析,从Henderson-Hasselbalch方程和Nernst方程出发,运用物料守恒、质子守恒和电子守恒等基本原理,考察最为一般的情形,探究它们的滴定方程及终点误差,并表述为更为系统而完备的数学形式,结果具有一定的参考价值.滴定分数f是体系的pH(酸碱滴定)或平衡电位E(氧化还原滴定)的函数;终点误差E_1既与滴定终点和化学计量点间体系的pH(酸碱滴定)之差或平衡电位E(氧化还原滴定)之差有关,又与化学计量点时被测物质主要型体间的分布系数δ之比有关.

从氧化还原电对谈大学生化学思维的培养

以I2/I-氧化还原电对为例,谈如何在日常教学中点滴深挖知识点,帮助学生构建知识体系,培养化学专业素养。首先从电对氧化还原性入手,概述了其在氧化还原滴定、置换滴定分析法中的核心地位;其次将电对偶联其他反应进行动力学常数测定、热力学常数测定,帮助学生建立专业知识体系;在此基础上,进一步衍生至更为复杂的"摇摆反应",引导学生拓展化学思维能力;最后结合电对的社会价值,培养学生建立学以致用的思维方式。

一氧化碳电催化氧化和还原反应及其应用

介绍了一氧化碳电催化氧化和还原反应及其在实际中的应用,包括新型燃料电池的开发以及一氧化碳浓度传感装置等电催化氧化的应用以及电催化还原反应的研究现状,阐述了一氧化碳电催化反应的重大理论和实际意义。

二氧化碳电化学还原反应器的研究进展

电化学还原二氧化碳(CO2)可实现CO2的资源化转化,是实现自然界“碳循环”、缓解因CO2过度排放所引起诸多环境问题的关键技术。本文综述了CO2电还原反应器的研究发展现状,并依据电解质的不同对比分析了各反应器的结构、传质特征及与之匹配阴极的CO2转化活性与选择性。研究指出膜电极构型反应器是当前CO2电还原反应器发展的主要方向,其电解质材料的优选不仅决定于其离子选择性与电导率,还需考虑电催化材料的性质与膜电极效率。最后,提出膜电极构型反应器内的过程强化技术与自支撑结构的阴极设计将成为CO2还原研究发展的新方向。

氧化还原电势传感器在中学化学定性实验中的应用

氧化还原反应是中学化学阶段 学习的最为重要的化学反应类型之一,而 很多氧化还原反应却被一些相关实验现 象所掩盖,因此,需要有一种直观的手段 （技术）来帮助学生认识到这些隐含的氧 化还原反应的存在,本文浅谈氧化还原电 势传感器在中学化学定性实验教学中的 应用.

氮化钴电催化还原二氧化碳为一氧化碳（英文）

电催化还原二氧化碳是一种潜在的解决全球变暖的途径,但是仍有许多挑战.本文报道了使用氮化钴在水溶液中电催化还原二氧化碳为一氧化碳.通过对比不同煅烧温度及气氛合成的催化剂表明氮掺杂对催化活性的提高至关重要.其中700-Co5.47N/C展现了最高的催化活性,在较低的电势-0.7 V(vs. RHE)下,一氧化碳的电流密度达到9.78 mA·cm-2.另外,通过改变电解电压,CO/H2的比例能在1:3到3:2之间调节. 91 mV·dec-1的Tafel斜率表明形成表面吸附的CO2·-中间体是CO2表面还原的决速步骤,而氮化策略可以增加表面碱性位点的数量,从而稳定还原的中间体,提高反应效率和产物选择性.

电催化二氧化碳还原催化剂、电解液、反应器和隔膜研究进展

人类社会的正常运转非常依赖化石能源,然而化石能源的消耗已导致能源危机和环境污染,同时空气中CO_(2)的含量从工业革命以来一直攀升。将CO_(2)通过催化反应转化为高附加值的燃料和化学品,不仅可以缓解环境问题,还开辟了一种燃料合成新路径,其中电催化CO_(2)还原技术由于条件温和、反应可控、对环境友好和产物众多受到广泛关注。电催化CO_(2)技术有四个关键步骤:(1)电荷传输(电子从导电基底传输到电催化剂);(2)表面转化(CO_(2)吸附在催化剂表面并被活化);(3)电荷传输(电子从催化剂表面传输到CO_(2)中间体);(4)传质效应(CO_(2)从电解质扩散到催化剂表面,产物以反向路径扩散),前两个步骤依赖于具有丰富有效活性位点的催化剂,后两个步骤依赖于电解质的性质、隔膜的类型和电解池的配置。本文从工业化和商业化电催化CO_(2)技术出发,系统地归纳催化剂的发展、电解液的影响、反应器的进展和隔膜的类型,最后对电催化CO_(2)还原的产业化进行展望。