三种碳基电极材料的电化学性质对比研究(英文)

对硼掺杂纳米金刚石(BDND),硼掺杂微米金刚石(BDMD)和玻碳(GC)电极的电化学性质做了对比研究.利用扫描电子显微镜表征了BDMD和BDND电极,其表面粒子大小分别为1-5μm和20-100nm.利用Raman光谱对两种金刚石薄膜的成分进行了表征,结果表明利用热丝化学气相沉积法得到了高质量的BDND和BDMD薄膜.采用0.5mol·L-1H2SO4溶液测定了三种电极的电化学窗口,BDND和BDMD电极的电化学窗口分别为3.3和3.0V,远比GC电极(2.5V)的要宽.[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-溶液的循环伏安和交流阻抗测定表明,在BDND、BDMD和GC电极上的峰间距(△Ep)分别为73、92和112mV,且其电子传递电阻(Ret)分别为(98±5)、(260±19)和(400±25)Ω.我们也研究了0.1mmol·L-1双酚A在三种电极上的电化学氧化行为.上述的电化学测定结果表明,两种金刚石电极均比GC电极表现出了更宽的电化学窗口、更好的电化学可逆性质、更快的电子传递速度和更高的电化学稳定性,更为重要的是与BDMD相比BDND的电化学性质有进一步的提高.

基于交联聚芳醚体系的新型二阶非线性光学材料的研究

采用逐步聚合和后功能化方法,合成了可交联的新型二阶非线性光学聚芳醚体系,该聚合物具有优良的溶解性和成膜性。采用UV-Vis光谱研究了聚合物薄膜中挂接的蒽基团与N,N-(亚甲基二苯基)双马来酰亚胺交联剂之间的Diels-Alder(DA)交联过程,结果表明聚芳醚薄膜在110℃时,15min能够交联完全。将发色团Chro-1掺杂到聚合物中,加入交联剂通过旋转涂膜,研究交联体系的二阶非线性光学性质,当发色团浓度为10%(质量分数)时,采用简单反射法测量聚合物薄膜电光系数r33为6.5pm/V(1.31μm),并测得常温下取向稳定性,10d后电光系数能够保持在初始值85%。

CoFeAl水滑石超薄纳米片的能带调控及其高效光催化分解水制氢性能

利用双滴法合成了厚度仅为1.86nm的超薄CoFeAl水滑石纳米片(CoFeAl-LDH),发现其具有优异的光催化产氢性能。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、原子力显微镜和紫外-可见吸收光谱等多种表征方法,研究了其晶体结构、形貌和能带结构。实验结果表明,CoFeAl-LDH在400~800nm的可见光区域内均具有较好的光吸收能力,而且通过调变Co∶Fe∶Al的摩尔比例,实现了CoFeAl-LDH的能带调控。系统考查了不同Co∶Fe∶Al摩尔比例对其光催化产氢性能的影响,发现Co_(6)Fe_(3)Al_(3)-LDH催化剂展现出最好的产氢活性,产氢速率达到576μmol/g·h,高产氢活性主要是由于其具备更强的还原氢质子能力,以及更优的光生载流子分离效率。

明胶掺杂对Portland水泥理化性质的影响

无机三氧化物聚合物是一种被广泛使用的牙根管充填材料。作为其主要成分的Portland水泥一直被研究在牙齿修复材料领域作为无机三氧化物聚合物的替代物。在本论文研究工作中,我们制备了明胶/Portland水泥复合材料,研究了明胶添加量对Portland水泥理化性质的影响。不同量的明胶被添加到Portland水泥中,通过水化硬化过程,获得明胶掺杂的Portland水泥水化硬化体。测定了不同明胶掺杂量下,标准水泥稠度的用水量;在标准水泥稠度下,研究了明胶掺杂对Portland水泥凝固时间以及安定性的影响。考察了明胶掺杂对Portland水泥3天抗压强度和抗折强度的影响。结果表明明胶的掺杂显著延长了Portland水泥的凝固时间,但对标准水泥稠度用水量、安定性等性质没有显著影响。明胶的掺杂使得Portland水泥的3天抗压强度和抗折强度有所降低。

纳米态水滑石基材料光驱动C_(1)化学转化

能源是人类赖以生存的基本保障。C_(1)化学转化作为能源领域的重要反应,为人类社会发展提供了一定的保障。随着“双碳”目标的提出,节能减排,环境友好成为C_(1)催化转化研究者们的新追求。最近,光驱动C_(1)化学转化以其温和条件可以实现C_(1)小分子向多种高附加值产物转化引起了研究者们的关注。水滑石由于其独特的层状二维结构在光驱动C_(1)化学转化中得到了广泛应用。本文分别从水滑石前体作为催化剂、水滑石基衍生物作为催化剂和水滑石作为催化剂载体三个方面综述了纳米态水滑石基光驱动C_(1)化学转化的最新研究进展,并总结该领域未来的挑战。希望通过对上述研究工作的分析与讨论,为研究人员在光驱动C_(1)化学领域提供一定的启示。

枝化二阶非线性发色团分子的合成及在聚合物体系中的电光性能

设计合成了一类以2-二氰基次甲基-3-氰基-4,5,5-三甲基-2,5-二氢呋喃(TCF)为受体、己氧基取代噻吩为π电子桥的新型有机非线性光学化合物,并利用紫外光谱、红外光谱、核磁共振以及质谱对化合物分子结构进行了鉴定,同时对此类化合物在有机聚合物体系中的电光性能进行了表征和研究.结果发现,该类发色团分子与聚合物相容性好,电光活性高,并且随着发色团分子在聚合物体系中浓度的升高,聚合物体系的宏观电光活性也有所提高,甚至当发色团的掺杂质量分数高达47.2%时,体系的电光活性仍呈上升趋势,显示了该发色团的静电相互作用得到了明显抑制.此时测得聚合物体系的电光系数为30pm/V(1310nm).

高效微带线聚合物电光调制器的研制

设计、制作并测试了1.55μm光波长的微带线行波电极电光调制器。如果聚合物材料的电光系数γ33=30 pm/V,中心电极L为20 mm,设计的调制器性能参数半波电压为6.70 V。用自主合成的发色团分子组成二阶非线性光学聚合物材料做为芯层制作的聚合物调制器,对调制器的各项性能参数进行了直流、低频和微波性能的测试,采用不同极化方法,在1.55μm波长上测得低频半波电压分别为10.5V(电晕极化)和4.9V(接触极化),折算得芯层材料的电光系数分别为21pm/V和45pm/V。测得消光比为24dB。用矢量网络分析仪测试电极系统的微波性能,S参数反映了此电极系统具有低的微波传输损耗和反射损耗。

非贵金属电催化

先进的电催化体系是实现高效电能-化学能相互转换的核心。在绿色氢能、燃料电池和人工碳循环等领域,涉及多种典型的电极反应(包括水分解、氧还原和二氧化碳还原等)。而电极的组成部分之一,即驱动电化学反应所需的电催化材料,通常是决定电催化体系效能的关键。因此,电催化材料的组分、结构及界面特性成为了整个电化学学科的研究重点。在电催化材料的设计开发中,贵金属(如Pt、Pd、Ir等)通常具有较高的催化活性。但受限于极低的地壳丰度以及极高的原料成本,贵金属催化剂无法满足大规模实际生产的需求。因此,采用非贵金属电催化材料,以期降低电极中贵金属组分的用量,抑或完全取代贵金属材料,具有重要的现实意义。

用于液体激光介质的Nd^(3+)离子掺杂氟化镧纳米颗粒的制备与性能表征

设计并合成了掺杂不同Nd3+离子浓度的氟化镧纳米颗粒,并用油酸进行了表面修饰,使得这类纳米颗粒可分散于常见的有机溶剂中形成透明、均一、稳定的溶液。对纳米颗粒的结构、晶相以及发光性能进行了表征。固体和溶液材料在1 060 nm都有强的发射峰,说明纳米晶格可有效地保护Nd3+离子免受外界环境对发光的猝灭影响。纳米颗粒有机溶液的吸收损耗和散射损耗测试结果表明,其总损耗系数能够满足激光介质材料的损耗要求,为该材料的实用化打下了基础。

基于氢键的侧链型超分子电光聚合物的制备与表征

设计并制备了一种基于氢键的侧链型超分子聚乙烯基吡啶电光聚合物,非线性发色团与聚合物主链之间的氢键作用经红外光谱进行表征。采用氢键将发色团挂接到聚合物,可一定程度地抑制发色团分子的聚集,防止宏观相分离,实现发色团的高浓度掺杂。同时,利用超分子氢键作用挂接也可在一定程度上抑制发色团间的偶极-偶极相互作用力,测得此体系极化电光聚合物薄膜的最大电光系数为17.6pm/V。

聚(异丙基甲基丙烯酰胺)@聚(N-异丙基丙烯酰胺)中空微凝胶合成过程的形态学表征

研究了聚(异丙基甲基丙烯酰胺)(PNIPMAM)@聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)中空双壳微凝胶的合成过程.结合扫描电子显微镜、透射电子显微镜的形态学表征方法可简捷直观获得核壳结构微凝胶的粒径尺寸、三维立体及内部超微结构,进而揭示PNIPMAM@PNIPAM中空同心双壳结构微凝胶合成过程的形态学特征.

两步水热法合成Sn_2Nb_2O_7纳米晶及其高效可见光分解水制氢性能（英文）

铌基半导体光催化材料因其具有独特的晶体结构和能带结构在光催化分解水制氢领域受到科研工作者的高度关注.然而,大多数铌基半导体光催化剂仅能够在紫外光驱动下实现光催化分解水制氢,具有可见光响应的铌基半导体光催化剂不仅数量少而且活性较低,因此发展新型纳米铌基半导体光催化剂并实现其高效可见光催化分解水产氢具有重要的学术和实用意义.具有烧绿石构型的Sn_2Nb_2O_7材料由于具有较窄的禁带宽度(2.4 e V)和合适的导带和价带电势在可见光催化分解水制氢方面引起了科研人员广泛的兴趣.然而,目前报道的利用高温固相法制备的块体Sn_2Nb_2O_7材料由于颗粒尺寸较大和比表面积较小而导致光催化活性较差.因此,发展一种简便高效的制备方法实现纳米Sn_2Nb_2O_7材料的可控制备进而提高其可见光催化活性仍具有一定的挑战性.我们发展了一种简便的两步水热合成方法实现了Sn_2Nb_2O_7纳米晶的可控制备.扫描电镜和透射电镜测试结果表明,通过两步水热法得到的Sn_2Nb_2O_7纳米颗粒具有较好分散度,其平均颗粒尺寸为20 nm.X射线衍射测试结果也进一步证明,通过两步水热法可以实现Sn_2Nb_2O_7纳米晶的可控制备.比表面积测试结果表明,Sn_2Nb_2O_7纳米晶的比表面积约为52.2 m^2/g,远远大于固相法制备的块体Sn_2Nb_2O_7材料(2.3 m^2/g).大量研究表明,大的比表面积有利于半导体催化材料催化活性的提升.通过考查所制备的Sn_2Nb_2O_7纳米晶的可见光分解水制氢能力,对其催化性能进行了评价.研究结果表明,以乳酸为空穴消耗剂,负载0.3wt.%Pt纳米颗粒作为助催化剂的Sn_2Nb_2O_7纳米晶表现出优异的可见光催化分解水产氢性能,其产氢速率是块体Sn_2Nb_2O_7材料的5.5倍.Sn_2Nb_2O_7纳米晶可见光催化分解水产氢性能提高的主要原因是其具有高分散度的纳米颗粒、较大的比表面积和更正的价带电势.首先,颗粒尺寸的纳米化能够显著减小光生电子和空穴的迁移距离,实现光生载流子快速迁移到催化剂表面进而参与催化反应;其次,大的比表面积能够提供更多的催化活性位点,进而有利于催化活性的提高;最后,X射线光电子能谱测试表明,Sn_2Nb_2O_7纳米晶具有更正的价带电势,研究表明,价带电势越正,其光生空穴氧化能力越强.在光催化分解水制氢过程中,具有较强氧化能力的光生空穴通过与空穴牺牲剂乳酸快速反应而被消耗掉,抑制了光生电子与空穴的复合,进而导致其具有较高的光催化产氢活性.

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.

钴联吡啶配合物在硅电极表面高效光电催化二氧化碳还原反应（英文）

光驱动二氧化碳还原实现可再生能源转化近年来引起普遍关注.利用小分子金属配合物电催化剂和吸光半导体材料构建的光电催化体系兼具电催化剂的高选择性和光电极的高光电转化效率等优点,在能源催化领域的应用日益广泛.已有将贵金属配合物催化剂用于光电催化二氧化碳还原的研究报道,但催化剂成本较高且制备方法不简便,在规模化实际应用中受到局限.基于早期的研究报道,我们发现非贵金属多联吡啶铁钴镍配合物在乙腈电解质中能高选择性电催化还原二氧化碳.结合半导体材料的特异性电荷分离性能从而将光能高效转化为电能驱动催化反应进行,我们选择廉价且易于制备的多联吡啶钴配合物催化剂,利用半导体硅晶片光电极,实现了均相体系二氧化碳的高效光电催化还原.我们采用电化学循环伏安法和恒电位电解法分别研究了催化剂在干燥和加水电解质环境中的催化还原行为,并且进一步研究了微量质子源的加入对半导体界面催化过程的影响,从而提出一种能改善半导体光电催化体系选择性的新方法.首先我们构建了电化学三电极体系,研究了在暗环境下三联吡啶钴和二联吡啶钴这两种配合物催化还原二氧化碳的电流密度和电解产物分布情况.由循环伏安曲线发现,这两种配合物都有两组催化还原峰,第二个基于吡啶配体还原的峰具有明显的催化特性.少量水的加入能进一步增加催化电流强度,而三联吡啶钴配合物的催化增强效果更加显著.在变扫速条件下将电流密度对扫速平方根进行归一化处理,发现无论在干燥环境还是少量加水环境下,两种催化剂的归一化电流密度均随扫速降低而明显增强,证明了催化剂具有电催化特性.推测水的催化增强作用可能与质子化电催化过程活性中间体有关.恒电位电解结果说明电催化产物以一氧化碳为主.基于上述研究,我们构建了光电化学三电极体系,以单晶硅片为工作电极,研究了在光照环境下这两种配合物催化还原二氧化碳的电流密度和电解产物分布情况.研究发现,催化剂对二氧化碳仍具有催化活性,光电压为400 m V.不同于硅线电极加水导致产氢,改用少量甲醇做质子源后,光电流强度进一步增强,竞争性产氢受到了抑制,从而使一氧化碳的法拉第效率得到显著提高,分别优化为94%和83%,并且光电流在14h内保持稳定.推测甲醇质子源的催化增强作用可能是与改变光电极液接界面传质动力学过程有关.

碘化阶层孔氧化硅纳米球对水中典型有机氯污染物的吸附性能研究

采用共缩聚法,成功地原位合成了碘改性的阶层多孔氧化硅纳米球(SiO2-I),研究了其基于卤键作用对典型有机氯污染物六六六的吸附性能,并考察了改性剂I-硅烷含量和pH值对吸附效果的影响.实验结果表明,该纳米材料对六六六表现出优异的吸附富集性能,吸附速率快,60 min内对六六六的去除率为71.6%,240 min内达到吸附平衡,去除率可达98.3%,最大吸附量为178.6 mg·g^-1;吸附动力学符合拟二级动力学模型;碘物种的加入提高了阶层多孔氧化硅的吸附速率和吸附效率.另外,为了便于纳米吸附材料的分离,本研究对SiO2-I纳米球进行了磁性化.研究发现,磁性化修饰后,SiO2-I纳米材料仍然保留对六六六优异的吸附富集性能,240 min时的吸附去除率达90.3%.

三相界面电催化二氧化碳还原研究进展

电催化二氧化碳还原是能源化学及催化科学的研究重点与难点.气-固-液三相界面模型作为物理化学中的基本概念,近年来被越来越多地应用于电催化二氧化碳还原反应的研究,其相比于传统固-液两相体系表现出了诸多优点.本综述阐述了三相界面电催化二氧化碳还原研究进展,对三相界面电催化体系进行分类及原理探究.再具体到二氧化碳还原反应,讨论其水下超亲气体系以及气体扩散层体系的结构特性及电催化性质,并对包括反应物界面扩散及界面浸润性等影响因素进行了系统分析.最后对当前研究存在的问题及今后电催化二氧化碳还原领域的发展方向进行了总结与展望.

枝化苯胺-吡咯啉发色团的合成及其电光性质的研究

为了减少发色团偶极相互作用,在二阶非线性发色团苯胺-吡咯啉分子的受体吡咯啉的N原子上分别接入三种不同的枝化基团,将其高μβ值有效转化为高电光性能.研究了三种枝化发色团的电光性能和相关化学物理性质,比较了不同枝化基团对发色团的综合性能的影响.结果表明,枝化基团的接入引起发色团分子的紫外吸收红移,枝化基团修饰的发色团,改善了苯胺-吡咯啉发色团分子与聚碳酸酯(APC)的相容性,并明显减少了发色团偶极静电相互作用,提高了发色团在电场下的极化效率,使其在聚碳酸酯(APC)薄膜中的极化序列参数可高达44%.并测得当枝化发色团在APC中掺杂的含量为9%时,聚合物体系电光系数高达75 pm/V(1315 nm激光测定).

疏水调控促进CO加氢正向移动

CO加氢又被称为费托合成(Fischer-Tropsch synthesis,FTS),由德国的两位科学家Fischer和Tropsch于1923年发现并提出.FTS作为一个典型的多相催化反应,指在特定的催化剂存在条件下,将合成气(CO+H_(2))在高温高压下转换成一系列高附加值的化学品[1-2]。低碳烯烃作为许多化学品的合成原料,是当今世界化学工业的基本支柱.传统的制备低碳烯烃的方法是由大分子量的烃类或由石油裂解得到.然而,石油储量的逐年下降迫切需要我们开发一种新型的制备低碳烯烃技术.

镝(Ⅲ)离子比色/荧光传感器:杯芳席夫碱的设计与合成

合成了一种新型含杯[4]芳烃的席夫碱类化合物,镝(III)离子的加入使得其溶液的颜色由无色变为黄色,荧光强度降低.而不含杯芳烃空腔的模型化合物加入硝酸镝后溶液颜色没有明显变化.这说明合成的含杯[4]芳烃的席夫碱化合物能够选择性的识别镝(III)离子,可用作分析化学中镝离子的检测.

水溶性壳聚糖水凝胶对糖尿病小鼠感染全层皮肤缺损创面的作用及其机制

目的探讨水溶性壳聚糖水凝胶对糖尿病小鼠感染全层皮肤缺损创面的作用及其机制。方法采用实验研究方法。采用循环冻融的方法制备由聚乙烯醇和明胶组成的对照水凝胶及由前述2种材料+水溶性壳聚糖组成的水溶性壳聚糖水凝胶。大体观察第1次冻融前后试管中2种敷料流动性,并比较12孔板中2种敷料最终形态的外观差异。取细胞株L929和HaCaT,均分别按照随机数字表法(分组方法下同)分为对照水凝胶组和水溶性壳聚糖水凝胶组,分别加入相应敷料培养24 h,采用细胞计数试剂盒8检测细胞增殖活力。取兔血红细胞悬液,分为生理盐水组、聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)组、对照水凝胶组和水溶性壳聚糖水凝胶组,分别作相应处理后孵育1 h,采用酶标仪检测红细胞的溶血程度。取24只11~14周龄雌性db/db小鼠,在其背部制作全层皮肤缺损创面并在创面处滴加耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)液,72 h后将小鼠分为空白对照组、磺胺嘧啶银水胶组、对照水凝胶组、水溶性壳聚糖水凝胶组,分别作相应处理。伤后0(即刻)、7、14、21 d,大体观察创面愈合情况并计算伤后14、21 d创面愈合率;伤后14 d,检测创面中MRSA浓度;伤后21 d,采用苏木精-伊红染色法对创面进行组织学分析,采用免疫荧光法检测创面中细胞CD31表达并计算其阳性百分率。取Raw264.7细胞,分为进行相应处理的白细胞介素4(IL-4)组、空白对照组、对照水凝胶组、水溶性壳聚糖水凝胶组,培养48 h,采用流式细胞仪检测细胞中CD206阳性细胞百分率。样本数均为3。对数据行独立样本t检验、单因素方差分析、重复测量方差分析、LSD检验及Dunnett T3检验。结果试管中2种敷料在进行冻融前都具有一定的流动性,冻融1次后均形成半固态凝胶。12孔板中2种敷料最终形态均基本呈稳定的半透明片状,透明度差异不大。培养24 h,水溶性壳聚糖水凝胶组L929和HaCaT的细胞增殖活力均明显高于对照水凝胶组(t值分别为6.37、7.50,P<0.01)。孵育1 h,水溶性壳聚糖水凝胶组红细胞溶血程度明显低于Triton X-100组(P<0.01),而与生理盐水组及对照水凝胶组均相近(P>0.05)。伤后0 d,4组小鼠创面情况相似。伤后7 d,空白对照组与对照水凝胶组创面内部淡黄色渗出物较多,磺胺嘧啶银水胶组与水溶性壳聚糖水凝胶组创面观察到少量渗出。伤后14 d,空白对照组与对照水凝胶组创面干燥结痂,无明显上皮覆盖;磺胺嘧啶银水胶组创面痂皮脱落,可见脓性渗出物;水溶性壳聚糖水凝胶组创面基底呈淡红色,创面可观察到明显上皮覆盖。伤后14 d,水溶性壳聚糖水凝胶组创面愈合率显著高于其他3组(P值均<0.01)。伤后21 d,水溶性壳聚糖水凝胶组创面已完全闭合,其他3组创面均未完全愈合;水溶性壳聚糖水凝胶组创面愈合率显著高于其他3组(P值均<0.01)。伤后14 d,水溶性壳聚糖水凝胶组创面的MRSA浓度明显低于空白对照组(P<0.01),但与对照水凝胶组和磺胺嘧啶银水胶组均相近(P>0.05)。伤后21 d,空白对照组创面新生表皮缺损严重;对照水凝胶组创面的表皮亦有大面积缺损;磺胺嘧啶银水胶组创面尚未形成完整新生表皮;水溶性壳聚糖水凝胶组创面不仅被新生表皮完全覆盖,且新生表皮基底细胞排列规整。伤后21 d,水溶性壳聚糖水凝胶组创面中CD31阳性百分率为(2.19±0.35)%,明显高于空白对照组的(0.18±0.05)%、对照水凝胶组的(0.23±0.06)%以及磺胺嘧啶银水胶组的(0.62±0.25)%,P值均<0.01。培养48 h,水溶性壳聚糖水凝胶组Raw264.7中CD206阳性细胞百分率明显低于IL-4组(P<0.01),但明显高于空白对照组与对照水凝胶组(P<0.05或P<0.01)。结论水溶性壳聚糖水凝胶生物安全性好,较不含水溶性壳聚糖的对照水凝胶能诱导更高水平的巨噬细胞M2型极化,因此可以提升糖尿病小鼠MRSA感染的全层皮肤缺损创面的修复效果,并促进创面快速愈合。