掺硼金刚石电极电沉积改性技术的研究进展

掺硼金刚石(BDD)电极因其优异的化学稳定性、电化学惰性和宽的电化学势窗而成为电化学领域中备受关注的材料。为得到更好的性能,各种电极改性方法层出不穷。由于电沉积改性技术操作简便,成本低,不依赖特定设备而应用广泛。通过系统的描述,将碳材料、金属纳米颗粒与金属氧化物纳米颗粒通过电沉积技术沉积到BDD电极表面,总结了这3种材料对BDD电极改性后的性能与实际应用。最后,分析了BDD电极电沉积改性技术在制备与实际应用时存在的问题,并提出了未来的重点发展方向,以期为BDD电极的电沉积改性的实际应用提供新思路。

两电子水氧化反应抑制掺硼金刚石电极氧化有机物过程中氯酸盐和高氯酸盐的生成

掺硼金刚石(BDD)具有羟基自由基(·OH)产率高、稳定性好的优点,作为电极材料被广泛应用于难降解有机物的处理。但BDD电极在处理含氯介质时产生的高毒性副产物——氯酸盐(ClO_(3)^(-))和高氯酸盐(ClO_(4)^(-))是限制其广泛应用的关键障碍之一。本文通过两电子水氧化反应(2e^(-)WOR)来控制BDD电极氧化过程中ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的产生。同时,以一种广泛使用的除草剂——阿特拉津(ATZ)为模型污染物,探究2e^(-)WOR对有机物降解效果的影响。研究表明,NaHCO_(3)作为电解质可以有效催化BDD电极上的2e^(-)WOR,进而降低电解过程中活性氯、ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的浓度。添加10mmol/L NaHCO_(3)后,活性氯浓度下降了60.3%,ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的生成速率常数分别下降10.2%和39.2%。当添加50mmol/L和100mmol/L NaHCO_(3)时,活性氯的生成被完全抑制,ClO_(3)^(-)的生成速率常数分别降低了60.0%和72.5%,ClO_(4)^(-)的生成速率常数分别降低了66.2%和72.6%。2e^(-)WOR对ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)抑制作用的机理有两个方面:①2e^(-)WOR产生的H2O2与活性氯反应,降低了关键中间物的浓度,进而控制了ClO_(3)^(-)和ClO_(4)^(-)的生成;②HCO_(3)^(-)与ClO_(3)^(-)竞争·OH反应,降低了ClO_(3)^(-)向ClO_(4)^(-)的转化速率。研究发现,适量添加NaHCO_(3)有利于ATZ的降解。添加10mmol/L和50mmol/L NaHCO_(3)后,ATZ的降解动力学常数分别提高了27.2%和53.8%。甲醇猝灭实验表明,NaHCO_(3)的添加促进了溶液本体中ATZ的降解。

阿昔洛韦在硼掺杂金刚石电极上的电化学行为及其与DNA相互作用的研究

利用硼掺杂金刚石(BDD)电极通过循环伏安法和微分脉冲伏安法研究了阿昔洛韦在0.10 mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH 7.4)中的电化学行为及其与DNA的相互作用。与玻碳电极相比,阿昔洛韦在BDD电极上的循环伏安曲线在1.17 V处的氧化峰电流更大,背景电流较低。根据峰电位随溶液pH值和扫描速率的变化趋势考察了阿昔洛韦的电化学氧化机理,认为阿昔洛韦在BDD电极上的电化学氧化过程有2个电子和2个质子参与。对不同比例阿昔洛韦和DNA相互作用的研究表明,两者的相互作用模式为插入模式,结合位点数为1.07,结合常数为4.47×106,并通过阿昔洛韦与同浓度单、双链DNA的相互作用得到验证。

掺硼金刚石电极降解模拟焦化废水中的喹啉

采用掺硼金刚石(BDD)电极电化学氧化法降解模拟焦化废水中的喹啉,并通过GC-MS技术分析了喹啉的降解机理及途径。实验结果表明:在常温、初始喹啉质量浓度为50.0 mg/L、电解质Na2SO4浓度为0.05 mol/L、模拟废水pH为7、电解时间为2.5 h、电流密度为30 mA/cm2、极板总面积与模拟废水体积的比为160 cm2/cm3的条件下,喹啉降解率接近100%;TOC由初始时的29.43 mg/L降至5.76 mg/L,TOC去除率达80%;COD由初始时的95.25 mg/L降至20.65 mg/L,COD去除率达78%;在降解过程中,首先在喹啉苯环的5位和8位发生羟基化反应,然后苯环发生断裂,形成带有吡啶环的中间产物及羧酸类产物,最后氮杂环开环,生成二氧化碳和水。

掺硼金刚石电极电催化氧化酚类有机物的取代基效应

本文主要以当前水环境中存在酚类有机污染物为研究对象,探讨酚类有机污染物在掺硼金刚石(BDD)电极上的取代基效应,具体研究具有不同位置及种类官能团的取代酚类有机污染物在BDD电极上的电催化氧化过程,通过化学需氧量和浓度变化考察有机污染物在电催化降解过程中的降解趋势,深入分析电极种类、官能团位置与种类与电催化氧化活性之间的联系的同时,研究阳极材料电催化氧化有机污染物的机理及动力学。结果表明,有机物在电极表面的电催化过程以电产生羟基自由基为媒介,对苯二酚在不同电极上的电催化活性与电极析氧电位及表面产生羟基自由基量有着重要的联系,BDD电极拥有最强的电催化氧化活性;不同取代基团的对位取代酚在BDD电极上的电化学降解实验显示电催化反应速率受取代官能团自身的电子效应制约,有机物矿化过程中羟基自由基首先进攻苯环的对位发生取代反应,同时取代基脱离苯环过程成为整个取代酚类电化学降解过程的决速步骤,且有机物的电催化反应速率与取代基特征Hammett常数σ呈近似线性关系。

掺氮金刚石电极性能及其氧化降解硝基苯研究

采用热阴极直流辉光等离子体化学气相沉积法制备亚微米晶氮掺杂金刚石膜(NDD),采用SEM分析样品的表面形貌,分别用Hall测试和循环伏安法测试氮掺杂金刚石电极的电学和电化学性能。实验结果表明,当氮气流量低于30 sccm时,膜的电导率随氮气流量的增大略有提高;氮气流量继续增大则电导率迅速下降,电导率最大为5.091 S/cm。氮掺杂金刚石电极具有较好的伏安性能,在酸性、中性和碱性介质中均具有较宽的电位窗口和较低的背景电流。以硝基苯为目标污染物测试NDD材料作为阳极氧化降解的电催化性能。在0.1 mol/L Na2SO4溶液的支持电解质中,以氮掺杂金刚石为阳极降解0.5 mmol/L的硝基苯,反应时间300 min,硝基苯的降解率达到94%,化学需氧量(COD)去除率约68%。

金刚石表面终端和电解液pH值对铌基硼掺杂金刚石电极电化学性能的影响

以H2和CH4为反应气体，B2H6为硼掺杂源，采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）在金属Nb上制备不同硼原子浓度的硼掺杂金刚石薄膜（BDD）电极。采用场发射扫描电镜（FESEM）、拉曼光谱仪（Raman spectrometer）和电化学工作站对金刚石薄膜的形貌、质量和电化学性能进行分析，研究金刚石表面端基和电解液pH值对BDD电极电化学性能的影响。结果表明，硼烷：甲烷=1％～2％（体积分数）的氢终端BDD电极，在酸性电解液（1mol／LH2S04）中具有最宽的电势窗口（3．8v），在酸性溶液中具有极低的背景电流（～10^-5A）。

苏丹红I号在纳米金/碳球修饰硼掺杂金刚石电极上的电化学行为

采用纳米金／碳球（Au／CS）复合物修饰硼掺杂金刚石（BDD）电极，研究了苏丹红I号在Au／CS修饰BDD电极上的电化学行为，并据此建立了实际样品中的苏丹红I号的测定方法．结果表明，与裸BDD电极相比，苏丹红I号在Au／CS修饰BDD电极上的氧化峰电流由0．24pA增加到0．83μA，峰电位由0．809V负移到O．743V．在最优测试条件下，苏丹红I号浓度与其峰电流在4～100pmol／L范围内呈线性关系，线性方程为1P=O．01126c＋0．116（R2=0．999），检出限为8．33μmol／L．采用本方法对实际样品中的苏丹红I号进行测，测定结果及平均回收率均优于BDD电极法．

金刚石电极在电解水制氢中的应用(英文)

掺杂金刚石电极电势窗宽,用于电解水制氢,产氢率高,电极有很强的防腐功能,可以进行电解法污水处理,结合太阳能电池、燃料电池可以构成绿色能源环保系统。

掺硼金刚石电极电化学再生粉末活性炭

使用200目粉末活性炭吸附苯酚模拟废水至饱和,用BDD电极作为阳极再生饱和炭,以再生效率为评价指标,研究不同因素对活性炭再生效果的影响。在电解质为0.05 mol/L的Na_2SO_4溶液,pH为7,电流密度为50 mA/cm^2,再生时间为2 h条件下,活性炭再生率达74.8%。同时不同电解质对再生效果也有不同影响,硫酸钠优于氯化钠,再生效率随着pH的增加而增加。采用正交实验方法对影响再生效果的各因素进行评价,其影响的主次顺序是:电解质浓度、pH、电解时间。

硼掺杂金刚石电极降解活性橙X-GN偶氮染料废水的研究

目的研究硼掺杂金刚石(BDD)电极电化学氧化降解活性橙X-GN偶氮染料废水。方法采用热丝气相沉积法(HFCVD)制备铌基BDD电极,采用SEM观察BDD薄膜的表面形貌,用Raman检测BDD薄膜的成分,用电化学工作站测试BDD电极的电化学性能。选择活性橙X-GN染料废水作为降解对象,分别研究电流密度(20、50、100、150 m A/cm^2)、电解质浓度(0.025、0.05、0.1 mol/L)和溶液初始pH(3.78、6.74、10.92)等不同工艺参数对降解效率的影响,并采用紫外可见光分光光度计进行测试表征,使用能耗和总有机碳量表征降解效果。结果 BDD电极具有很好的电催化性能,其电势窗口为3.33 V,析氧电位达到2.45 V,远高于大多数有机物的氧化电位,电极表面反应受扩散步骤控制。结合活性橙X-GN染料溶液降解效果,得出100 mg/L活性橙X-GN溶液的最佳降解工艺参数为:电流密度100 m A/cm^2、电解质浓度0.05mol/L、溶液初始pH值3.78。采用最佳工艺参数处理5 h后,色度移除率达到99%,能耗为65.4 k W·h/m^3,TOC去除率达到56.95%。结论 BDD电极可以有效地降解活性橙X-GN染料废水。

细胞色素c在硼掺杂金刚石电极上的电化学特性研究

采用直流电弧等离子体喷射设备制备掺硼金刚石（BDD）电极。并用扫描电镜及拉曼光谱分析了薄膜的表面形貌及薄膜品质，测试结果表明，掺硼金刚石薄膜表面结构排列紧密。使用BDD电极研究细胞色素c的直接电化学特性，结果表明在磷酸盐缓冲液中细胞色素c（cytc）在BDD电极上呈现一对峰形较好的氧化还原峰，峰电流与扫速的平方根呈线性关系，且与细胞色素c浓度在5—50μmol·L^-1范围内近似呈线性关系。

半胱氨酸修饰的掺硼金刚石电极用于尿酸的测定

在掺硼金刚石电极表面修饰聚半胱氨酸的电极测定尿酸时抗坏血酸和多巴胺的干扰较低。在方波伏安信号中抗坏血酸或多巴胺与尿酸共存检测时尿酸的特征峰电位变化较小(不超过15mV),峰电流变化只有几微安培。利用循环伏安法、方波伏安法对比了修饰电极与没有经过修饰的电极对尿酸的响应,试验了扫描速度、方波振幅、pH值等对修饰电极性能的影响。在最优条件下,得到测定尿酸的线性范围为1.45×10-9～1.16×10-6mol/L。在上述定性定量分析的基础上对未经预处理的儿童肾病病人尿样进行了检测,得到了令人满意的结果。

聚四氟乙烯改性掺硼金刚石电极强化降解阿特拉津

阿特拉津(atrazine,ATZ)是使用最广泛的除草剂之一,其对地表水和地下水的污染引起了人们的担忧,相关水体净化技术的研发迫在眉睫。掺硼金刚石(boron-doped diamond,BDD)电极具有羟自由基(·OH)产率高的优点,但·OH囿于电极表面,导致有机污染物的降解受到较大的限制。本研究采用聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)改性BDD电极,用于强化水中ATZ的降解。在NaCl溶液中,BDD电极经过5.0%、8.6%、20.0%PTFE分散液改性后,ATZ降解的准一级动力学常数分别提高了98.9%、88.2%和78.6%;在NaHCO_(3)和Na_(2)SO_(4)溶液中,BDD电极经8.6%PTFE分散液改性后,ATZ降解的动力学常数分别提高了49.2%和127.0%。PTFE以膜的形式附着于BDD电极表面,提高了电极电流,且黏附在电极表面的气泡有利于·OH生成并扩散到溶液本体中。BDD电极经5.0%、8.6%、20.0%PTFE改性后,溶液本体中·OH浓度分别提高了17.73倍、19.89倍和18.81倍,进而增强了对ATZ的降解速率和去除效果。PTFE改性BDD电极降解ATZ的途径主要为脱烷基、脱氯-羟基化和烷基氧化反应。

痕量镉离子在原位铋修饰掺硼金刚石电极上的传感分析

以原位铋修饰掺硼金刚石电极为工作电极,利用方波脉冲阳极溶出伏安法对重金属镉离子进行检测.考察了扫描方式、铋离子浓度、电极硼掺杂浓度、支持电解液p H值、富集电位、脉冲参数和富集时间等因素对镉溶出峰电流的影响并进行了优化.结果表明,原位铋修饰能有效提高检测的灵敏度,镉离子浓度与溶出峰电流值在1~10μg/L范围内呈线性关系,相关系数为0.9979,检出限为0.15μg/L.干扰实验结果表明,相邻溶出电位干扰离子铅和锌对镉的检测影响相对较小,而铜有较大干扰.实际水样测试结果表明,回收率在96%~107%之间.

壳聚糖修饰金刚石电极在测定碘中的应用

采用共价键合法将壳聚糖修饰的掺硼金刚石薄膜电极作为工作电极,对底液pH为4.0的0.1 mol/LKH2PO4溶液中的I-进行了循环伏安以及阳极溶出法进行了检测.得到检测限为1.2×10-7mol/L,线性范围为1.4×10-6mol/L至3.1×10-3mol/L,相关系数为0.988.实验结果表明:掺硼金刚石薄膜修饰电极检测灵敏,且电极再生性很好,使电极寿命更长,具有极好的应用前景.

多孔钛基掺硼金刚石电极结构对电催化降解阿司匹林性能的影响

利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对多孔Ti/BDD电极及传统平板Ti/BDD(BDD=钛基掺硼金刚石)电极进行了研究,通过循环伏安法考察了电极的背景电流和电化学窗口.以阿司匹林为模型污染物,研究了BDD电极结构对阿司匹林电催化降解的影响.结果表明,多孔Ti/BDD电极的总带电量,内、外部带电量,孔隙率和比表面积均高于平板Ti/BDD电极;多孔Ti/BDD在对COD和阿司匹林的去除率和能量消耗等方面均优于平板Ti/BDD电极.

用于航天器冷凝水处理的硼掺杂金刚石电极的制备及应用

目的通过电化学催化氧化技术,将硼掺杂金刚石(BDD)电极高效应用于航天器冷凝水的处理工作中。方法采用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术在铌板上制备得到了大面积、均匀分布的BDD电极,并将制得的BDD电极用于降解模拟冷凝水实验。结果模拟冷凝水处理量为200 mL,在电流密度为10,13,15 mA/cm2条件下,达到80%TOC去除率分别需要150,120,100 min,功耗为7.48,11.4,14.59W;对处理后的冷凝水成分分析发现,冷凝水中原有的醇类物质被完全氧化;而且电极在连续运行之后也并未发现明显的剥落现象。结论制得的BDD电极与二氧化铅电极相比,无论是在稳定性还是处理效率方面,都具有显著的优势。

高性能掺硼金刚石电极的研究进展

常规的2D-BDD平板电极反应活性面积小,降解效率低,难以实现污水的高效化处理。为了提高污水处理时的降解效率,通常期望BDD电极具有高的比表面积来提高反应活性面积,以及具有特殊的表面结构来提高氧化催化能力。然而,这样的BDD存在制备工艺复杂、设备昂贵等缺点。因此,聚焦于BDD电极的制备方法,对比不同制备方法的优缺点,探讨BDD电极在污水处理中的工业化应用前景。

铌基掺硼金刚石电极电化学氧化处理生姜切片废水

生姜切片废水具有COD高、成分复杂、难降解、微生物抑制性等特点,利用铌基掺硼金刚石(Nb-BDD)电极构建电化学氧化工艺对其进行处理,采用单因素法考察了电解时间、支持电解质种类、电流密度、pH、废水初始浓度对COD去除效果的影响,通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)检测最优电解条件下经电化学氧化法处理前后废水中有机污染物的组成变化,并分析了电化学氧化法的经济可行性。结果表明,初始COD为600 mg/L的生姜切片废水,在溶液初始pH=7、支持电解质为0.5 mol/L NaCl、电流密度为65 mA/cm^(2)、反应时间为160 min的条件下,COD去除率可达82.72%;电化学氧化反应后生姜切片废水中特征污染物6-姜酚被完全去除,主要污染物种类由原来的15种减至3种。采用电化学氧化法处理1 m^(3)生姜切片废水的运行费用为22.22元,1 g COD的处理成本为0.02元。