低温共沉淀法合成多孔CoFe LDH纳米片电催化剂

通过低温共沉淀技术合成了多孔CoFe层状双金属氢氧化物(CoFe LDH)纳米片。运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对产物的物相、组成及微观形貌进行了表征,并探讨了铁离子(Fe3+)含量对CoFe LDH纳米结构生长行为的影响,考察了制备的产物作为电催化剂在电解水析氧反应中的性能。结果表明,Fe3+的加入可以有效调节产物的形貌、结晶度和孔道结构。在合适的Co与Fe比例条件下,制备的CoFe LDH可形成多孔纳米片,且增大了总孔体积,增加了表面活性位点。同时,结晶CoFe LDH纳米片可促进Co和Fe离子间的电荷转移行为,从而提高产物的电催化活性。对于电解水析氧反应,当电流密度为10 mA/cm2时,结晶Co0.67Fe0.33 LDH多孔纳米片所需的过电势仅为291 mV,Tafel斜率为33 mV/dec,并展现出良好的循环稳定性。

基于创新人才培养机制的研究生应用电化学课程创新实验设计

本文以创新型人才培养为目标,结合研究生《应用电化学》课程的特点,对研究生《应用电化学》课程进行教学改革,提出科研支撑教学的课程授课模式,引入创新型应用电化学实验模块,设计了一个CoFe LDH/MOF/CC复合材料的合成及电催化分解水产氧的应用电化学实验,该实验涉及电催化剂的合成、表征及电催化性能测试等方面。通过该创新型实验以提升研究生教学质量,实现理论联系实际,培养具有创新精神和实践能力的高素质应用型人才。以典型的水分解电催化剂CoFe LDH/MOF/CC为例,由二维LDHs纳米片部分转化二维MOFs构筑LDHs/MOFs异质结构,在碳布基底上合成了CoFe LDH/MOF/CC纳米复合材料。利用X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)等手段对其进行表征。制备的CoFe LDH/MOF/CC电催化剂表现出了良好的OER性能,在电流密度为10 mA·cm^(-2)时,过电位为240 mV,Tafel斜率为83.74mV·dec^(-1),经过24 h的稳定性测试后,过电位仅增加了0.02V,是具有发展前景的电解水析氧反应电催化剂。

磁性Fe_(3)O_(4)@CoFe-LDHs对有机污染物的催化降解性能研究

采用双滴共沉淀法制备Fe_(3)O_(4)@CoFe-LDHs复合材料(Fe@LDHs),将其应用于多种高级氧化体系降解苯胺(AN),与其它氧化剂相比,过氧单硫酸盐(PMS)对苯胺的降解效率最高,成本优势显著。当PMS投加量为0.3 g/L、Fe@LDHs投加量为0.4 g/L、温度为25℃、苯胺初始浓度为25 mg/L时,20 min内苯胺的降解率达到100%。反应速率随反应温度的升高而上升,苯胺去除率随着苯胺初始浓度增大而下降。经该体系处理后的苯胺废水毒性大幅度降低,且催化剂可多次循环使用。同时,该体系对四环素等其它污染物也有较好的降解效果,能广泛用于多种工业废水的治理。

钴铁水滑石基材料在电催化析氧中的应用

析氧反应(OER)是电催化裂解水、二次金属-空气电池和可再生燃料电池等绿色可持续能源储存和转化技术中的关键步骤,但其较高的势垒和迟滞的动力学过程限制了反应的效率。因此,设计开发高效、稳定的非贵金属催化剂是新能源领域面临的挑战之一。钴铁水滑石(CoFe LDH)材料具有独特的二维层状结构、丰富多变的化学组成、高分散的金属阳离子、优异的稳定性和成本低廉等优点,在OER反应中有广泛的应用前景。但不良的导电性和有限的活性位点阻碍了CoFe LDH的工业化应用。本文首先介绍了CoFe LDH的结构并阐述了其OER反应机理,接着总结了CoFe LDH的制备工艺,并详细综述了近年来提升其OER性能的改性策略:插层剥离、空位制造、材料复合、离子取代和衍生物等。最后讨论了水滑石材料现阶段存在的问题和未来在能源转化和利用领域的发展方向。