SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极制备及其电催化还原CO_(2)产甲酸性能研究

【目的】电催化还原CO_(2)(CO_(2)RR)是降低大气中CO_(2)浓度的绿色可行方案,制备高催化性能和稳定性的催化剂尤为重要。【方法】以γ-Al_(2)O_(3)粒子为载体,采用浸渍-焙烧法制备了SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极用于电催化还原CO_(2)产甲酸来测试其性能,并结合物化分析、电化学测试及长周期实验等手段对粒子电极的微观结构、物相组成、电催化活性、产甲酸性能和稳定性进行了探讨。【结果】物化分析结果表明,负载SnO_(2)前后的形貌由孔洞和裂痕状为主转变为裂层状,比表面积自310.18m^(2)/g增加到352.70m^(2)/g,粒子电极中Sn含量占比48.32%,SnO_(2)成功分散负载到γ-Al_(2)O_(3)表面。据电化学测试所得,SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极的伏安电量(扫速50mV/s)、交换电流密度和析氢电阻分别为40mC、20.02μA/cm^(2)和96.86Ω,与γ-Al_(2)O_(3)相比分别提高了37.93%、75.46%和6.80%,大幅提升CO_(2)RR活性的同时有效抑制了析氢副反应。SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极表现出良好的CO_(2)RR特性,反应时间2h的产甲酸速率为70.35μmol·h-1·cm-2,电流密度为4.94mA/cm^(2),法拉第效率和能量效率分别为79.05%、24.51%;经过12h连续电解,产甲酸法拉第效率仍高于67.81%,说明制备的SnO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)粒子电极具有较强稳定性。

N-Mn-TiO_(2)/AC粒子电极的制备及其降解性能研究

以传统活性炭(AC)粒子电极为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO_(2)/AC粒子电极以及掺N、掺Mn、N-Mn共掺杂改性的TiO_(2)/AC粒子电极,并将几种粒子电极应用于三维光电系统,考察其对实际印染废水的处理性能。XRD表征结果表明,TiO_(2)成功负载于AC表面且以锐钛矿晶型为主,N元素并未取代晶格氧,而是进入TiO_(2)晶格间隙,加快了电荷转移,Mn元素则以间隙掺杂形式进入TiO_(2)晶格,加快了光生空穴(h^(+))的转移;SEM、EDS和FT-IR结果显示,相比TiO_(2)/AC粒子电极,N-Mn-TiO_(2)/AC粒子电极比表面积显著增大,含氧官能团明显增加;印染废水降解实验结果表明,当实际印染废水中COD、NH_(4)^(+)-N、TN分别为1600~1800、25~40、40~60 mg/L时,N-Mn-TiO_(2)/AC三维光电体系对COD、NH_(4)^(+)-N、TN的去除率分别为82.9%、93.7%、89.5%,废水处理能耗11.92 kW·h/m^(3);与TiO_(2)/AC、N-TiO_(2)/AC、Mn-TiO_(2)/AC光电体系相比,N-Mn-TiO_(2)/AC光电体系对COD的去除率分别提高了72.0%、19.8%、12.2%,对NH_(4)^(+)-N的去除率分别提高了79.2%、18.2%、7.2%,对TN的去除率分别提高了83%、17.9%、8.4%,而体系能耗分别降低了65.4%、61.5%、41.1%。

Ti/Sb-SnO_2电极电解后的表面状态变化

针对电极表面发生电化学反应而影响电极稳定性的问题,研究了0.1mol·L-1的Na2SO4溶液中以5×10-3 A·cm-2恒电流电解300h后Ti/Sb-SnO2电极表面状态的变化,同时采用扫描电镜、元素分析和X射线衍射检测了该表面的状态,用电感耦合等离子体发射光谱仪检测了电解后溶液中的金属含量。结果表明:经长时间电解后的Ti/Sb-SnO2电极表面出现了氧化物层局部溶解及脱落的情况;电解完成后的溶液中检测到Sn元素;电极表层的物质仍为Sb-SnO2,但衍射峰强度有所降低,Ti峰强度大幅度升高。由此推测,表层氧化物层的溶解、局部区域的脱落以及基底与表面层之间的钝化可能是造成Ti/Sb-SnO2电极在长时间使用后失稳的主要原因。该结果可为改善Ti/Sb-SnO2电极表面形貌、提高表层氧化物负载量和电极稳定性研究提供参考。

稀土La掺杂Ti/Sb-SnO_2电极的制备及性能研究

采用浸渍法制备稀土La掺杂Ti/Sb-SnO2电极,以活性艳红X-3B为目标有机物,考察电极的电催化性能,对制备温度和La掺杂量进行了详细的实验研究,确定了适宜的制备条件为热处理温度450℃、La掺杂量0.7%。采用SEM、EDS、XRD、XPS等分析方法表征了电极的形貌、组成及结构。发现掺杂稀土La能降低界面电阻,使Sb元素向电极表面富集,电极中的Sb、La元素分别以Sb4+、La3+的形式存在。对空白电极和La掺杂Ti/Sb-SnO2电极进行了动电位扫描测定,考察了空白电极和La掺杂Ti/Sb-SnO2电极的析氧电位;并采用破损法测定它们的电极寿命。结果表明,La掺杂Ti/Sb-SnO2电极具有更高的析氧电位和更长的电极寿命。

Sb-SnO2/Ti电极对对硝基苯酚电催化氧化影响因素和机理研究

以自制掺锑二氧化锡涂层电极为阳极,钛板为阴极,进行了对硝基苯酚溶液的电催化氧化降解试验。系统研究了pH、溶液温度、对硝基苯酚初始浓度、电解质浓度、电流密度等因素对电催化氧化降解效果的影响,并对氧化降解历程进行了讨论。结果表明,pH为3、温度为30℃、电流密度为20mA·cm-2、Na2SO4电解质浓度为0.2mo·lL-1时,对硝基苯酚去除率和TOC的去除率都较高;对硝基苯酚的电催化氧化反应属于电化学燃烧过程。

多孔陶瓷粒子电极电催化氧化降解2-氨基吡啶

采用以CuO-ZnO/多孔陶瓷粒子电极构建的三维电催化氧化反应器降解2-氨基吡啶,考察了初始pH值、槽电压、电解质投加量和曝气流速对降解效果的影响和反应的电流效率,并通过检测2-氨基吡啶降解过程中几种含氮产物,分析了2-氨基吡啶的降解过程。结果表明:酸性条件和碱性条件比中性条件更有利于2-氨基吡啶的降解,在初始pH值为8.4、槽电压为15 V、支持电解质用量为30 g/L、曝气流速为40 L/h的条件下,处理150min,2-氨基吡啶和COD的去除率可分别达到83.98%和74.44%,粒子电极可以显著提高电流效率。2-氨基吡啶降解过程分析表明:在电催化条件下,N2和NO3-N是2-氨基吡啶主要含氮矿化产物,且2-氨基吡啶的开环转化和矿化可以同步进行。

花状形貌TiO_2-NTs@Sb-SnO_2电极的脉冲电沉积法制备及电催化性能研究

目的通过引入TiO_2纳米管中间层,增加表面活性层与基体的接触和活性物质的负载量,提高电极的稳定性。通过表观形貌构建,增加电极的活性比表面积,提高Sb-SnO_2电极的电催化性能。方法采用TiO_2纳米管阵列(TiO_2-NTs)作中间层,通过两阶段脉冲电沉积法,构建了新型多层次花状形貌的Sb-SnO_2电极。通过调整脉冲信号,实现对电极形貌的控制。结果通过阳极氧化法,在Ti基体表面得到了均一的TiO_2纳米管阵列结构。在电极制备过程中,采用反向脉冲电沉积(8 ms,833 m A/cm2;2 ms,-833 m A/cm2;0.99 s,0 A),得到了均匀的管套管结构,继而得到了TiO_2-NTs@Sb-SnO_2的致密层。通过施加脉冲信号(5 ms,200m A/cm2;195 ms,0 m A/cm2),获得了花状形貌。电化学测试显示,电极的析氧电位达到2 V(vs.SCE),苯酚氧化峰出现在1.7 V左右,电极的电荷传递阻抗为50.4?,加速寿命结果可达到39 h。电化学苯酚降解测试显示,4 h电化学降解后,TiO_2-NTs@Sb-SnO_2电极对苯酚的去除率达到97%,苯酚降解的一级动力学速率常数为14.9×10-3 min-1。结论脉冲电沉积制备的电极具有良好的稳定性和良好的苯酚电催化去除性能。

Sb-SnO2/Ti纳米涂层电极对对硝基苯酚的电催化氧化

采用改进的热氧化工艺制备了不同掺锑量二氧化锡纳米涂层电极,对电极结构和形貌进行表征,进行了电化学性能测试,并进一步考察了不同掺锑量二氧化锡纳米涂层电极对对硝基苯酚电催化氧化降解行为。研究结果表明:不同掺锑量二氧化锡纳米涂层电极析氧电位均在1.70V(vs.SCE)以上,当掺锑量WSb/(WSn+WSb)为6.450wt%时,电极的电催化氧化性能最好,对硝基苯酚的电催化氧化反应属于电化学燃烧过程。

CuO-CeO_2/γ-Al_2O_3负载型三维粒子电极降解水中活性艳橙X-GN的研究

采用浸渍法研制了Cu O-Ce O2/γ-Al2O3负载型粒子电极,通过扫描电镜(SEM)对粒子电极微观机构、形貌进行表征,将Cu O-Ce O2/γ-Al2O3负载型粒子电极与活性炭填充于电解槽中,考察催化剂强化电化学降解活性艳橙X-GN染料的效果,通过实验确定适宜反应条件。结果表明,Cu O-Ce O2/γ-Al2O3表面晶型明显且结构牢固,具有较大的比表面积和粗糙度;槽电压15 V,初始p H为3.83,支持电解质Na2SO4的质量浓度为16 g/L,曝气体积流量为40 L/h,在此条件下,脱色率可达99.0%以上。采用紫外-可见光谱对反应中间产物进行定性分析显示,以Cu O-Ce O2/γ-Al2O3负载型三维粒子电极降解水中活性艳橙X-GN具有很好的脱色效果。

电沉积条件对Ti/Sb-SnO_2/β-PbO_2电极性能的影响

采用电沉积法镀制Ti/Sb-SnO2/β-PbO2电极,研究电沉积时间、镀液温度、pH值、NaF浓度,以及电流密度等因素对电极催化活性和稳定性的影响规律.结果表明,当电沉积时间为1 h,镀液温度为60℃,镀液pH值为1,NaF浓度为0.04 mol.L-1,组合电流密度为600/400 A.m-2(梯度电流密度)时,电极性能最佳,对苯酚降解率达91.4%,强化寿命为23 h.

PEI/SiO2纳米粒子自组装修饰电极及六价铬离子的电化学发光分析方法研究

利用反相微乳液方法合成了PEI/SiO2复合纳米粒子,通过透射电子显微镜(TEM)、Zeta电位对该复合纳米粒子进行了表征。该复合纳米粒子可以基于超分子作用自组装于Nafion/CNT修饰电极表面,并基于该修饰电极对铬酸根(CrO2-4)的富集效应及CrO2-4的电还原产物Cr(Ⅲ)对鲁米诺-H2O2化学发光体系强烈的催化作用,建立了一种高选择性的测定六价铬离子Cr(Ⅵ)的电化学发光新方法。

碳纳米管改性Sb-SnO_2/Ti电极制备及性能

为了提高Sb-SnO_2/Ti电极的电催化氧化活性和稳定性,采用溶胶-凝胶-热分解法制备了CNTs掺杂改性的CNTs-Sb-SnO_2/Ti电极,借助于SEM、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和降解刚果红实验对其微观结构和性能进行了表征,并通过加速寿命实验考察电极的稳定性。结果表明,当CNTs最佳掺杂量为2.0 g/L时,CNTs-Sb-SnO_2/Ti电极比Sb-SnO_2/Ti电极对刚果红的去除率提高了14.7%;改性后的电极表面相对粗糙且增加了孔隙结构,从而提高了电极的比表面积;改性电极具有更高的析氧电位和更小的界面转移阻抗;加速寿命实验表明改性电极的稳定性也得到了提高,使用寿命增加了27 h。

Au/SiO_2纳米粒子修饰玻碳电极的制备及其应用

通过电化学法将二氧化硅和金纳米粒子同步沉积到玻碳电极表面,制得Au/SiO2纳米粒子修饰电极(Nano-Au/SiO2/GCE)。采用电子扫描显微镜和交流阻抗考察该修饰电极形貌及其电化学性能,并研究了NADH在该修饰电极上的电化学行为。结果表明,NADH在修饰电极上的氧化峰峰电位降低约300 mV,峰电流明显增大。在最佳实验条件下,其电流响应与NADH浓度在1.0×10-6～1.0×10-4mol/L呈良好的线性关系,相关系数0.998。

Mo掺杂Ti/Sb-SnO_2电极处理含油废水的实验研究

采用自制的Mo掺杂Ti/Sb-SnO2电极处理含油废水,实验结果表明,在电流密度为20mA/cm2,电解时间为50min,极板间距为1.5cm,pH值为6.5的工作条件下,废水COD和浊度的去除率分别达到59.7%和87.0%。

聚硫堇和磁性核/壳纳米粒子CoFe_2O_4/SiO_2修饰电极对多巴胺的测定

制备了聚硫堇(PTh)-磁性核/壳纳米粒子CoFe2O4/SiO2修饰电极。研究了神经递质多巴胺(DA)在该修饰电极上的电化学行为。实验表明,PTh-CoFe2O4/SiO2复合膜修饰电极对DA的电催化作用优于PTh修饰电极。在pH7.5的PBS中,DA在该修饰电极上的CV曲线于-0.16V和-0.22V处出现一对灵敏的氧化还原峰,峰电流显著增加。差分脉冲伏安法(DPV)氧化峰电流ipa与DA浓度在1.2×10-7～3.6×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系,线性回归方程ipa(μA)=5.307c(μmol/L)+0.7891,r=0.9923,检出限为6.0×10-8mol/L(S/N=3)。常见物质对DA的检测无干扰,DA注射液样品检测结果与中国药典2010版(二部)规定方法一致。

基于SnO_2/Fe_3O_4粒子电极的三维电极体系的电催化性能

通过水热法合成复合金属氧化物SnO_2/Fe_3O_4粒子电极,然后采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、磁滞回线等技术分别对粒子电极的晶体组分、形貌、元素组成和分子结构以及粒子电极的磁性特征进行表征。采用循环伏安法分析了三维电极系统的电化学性能,并进行了电催化氧化降解罗丹明B(RhB)的实验。结果表明,SnO_2/Fe_3O_4粒子电极负载稳定、导电性强、便于回收再利用,有利于电催化氧化降解反应。三维电极降解罗丹明B的析氧电流高于其他电极体系,电催化活性效果明显,90min内罗丹明B的降解率为100%、TOC去除率为83%,反应中产生的·OH是降解有机物的主要活性基。粒子电极在重复利用5次的情况下,对罗丹明B的降解率仍保持93%以上、TOC去除率保持在77%以上,具有稳定的电催化性能。

Pr-Co/TiO_2/鳞片石墨粒子电极光电催化降解罗丹明B的研究

以天然鳞片石墨为载体,采用溶胶凝胶法制备了Pr-Co/TiO_2/鳞片石墨粒子电极。用电子扫描显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)对其形貌和元素组成进行表征。将制备的粒子电极应用于罗丹明B(RhB)的光电催化降解试验,结果表明,当电解质浓度为0.03 mol/L,外加偏压为10 V,粒子电极投加量为6.67 g/L,曝气量为30 m L/min,pH值为3,RhB初始质量浓度为25 mg/L时,反应45 min后RhB的去除率达98.57%。最后对RhB的光电催化降解动力学进行了初步探讨。

Ti-Ni/γ-Al_2O_3粒子电极的制备及其处理氯霉素废水的效果

以活性氧化铝(γ-Al_2O_3)为载体,Ti、Ni为负载金属,采用溶胶凝胶法制备复合型Ti-Ni/γ-Al_2O_3粒子电极,并用其电催化处理模拟氯霉素废水。考察了Ti和Ni负载组分比例、负载次数、电流强度、pH、电极板间距等因素对氯霉素降解效果的影响。结果表明,Ni∶Ti摩尔比为1∶10、负载2次制备的复合型Ti-Ni/γ-Al_2O_3粒子电极电催化效果最好,在电流强度为0.09A、pH为4、电极间距为40mm的优化电解条件下,氯霉素去除率可高达80.56%。

Cu-Cu_2O壳核纳米粒子修饰电极检测过氧化物的研究

通过调节硫酸铜溶液浓度,采用恒电位沉积方法,在玻碳电极表面制备了三种形貌的Cu-Cu2O壳核纳米粒子.比较研究了Cu-Cu2O壳核纳米粒子的形貌和结构对过氧化物的催化效果,发现立方八面体形的Cu-Cu2O壳核纳米粒子的催化效率较高.循环伏安法研究表明过氧化物在Cu-Cu2O修饰玻碳电极的还原电位在-0.23V,随着过氧化物浓度的增加,还原峰电流明显增大.用计时电流法,控制电位在-0.17V,Cu-Cu2O修饰玻碳电极可以检测过氧化氢异丙苯(CHP)、叔丁基过氧化氢(t-BHP)、过氧化丁酮(2-BP)和过氧化氢.

金纳米粒子/石墨烯量子点复合修饰电极检测NO_(2)^(-)

采用微波加热石墨烯量子点还原HAuCl_(4)的方法,制备金纳米粒子/石墨烯量子点(AuNPs/GQDs)复合物,并将其应用于构建具有高灵敏度的NO_(2)^(-)电化学传感器。由于GQDs大的比表面积和AuNPs良好的导电能力,合成的AuNPs/GQDs复合材料显著提高了NO_(2)^(-)的电化学响应。利用循环伏安法研究NO_(2)^(-)在AuNPs/GQDs修饰电极上的电化学性质,发现在电位1.22 V处出现一个明显的氧化特征峰,其氧化峰电流与NO_(2)^(-)浓度成线性关系,线性范围为1.0×10^(-7)~1.0×10^(-5) mol/L,检测限(S/N=3)为5.0×10^(-8) mol/L。将该方法应用于土壤中NO_(2)^(-)的检测,具有较好的准确度。