L_胱氨酸在Pb_nanoTiO_2膜电极上的电催化还原

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TiO2ITO纳米薄膜光催化电极的MOCVD制备及其掺杂改性的研究的开题报告

TiO2ITO纳米薄膜光催化电极的MOCVD制备及其掺杂改性的研究的开题报告

TiO2ITO纳米薄膜光催化电极的MOCVD制备及其
掺杂改性的研究的开题报告
一、研究背景和意义
光催化技术是一种利用光能产生电子和空穴,从而促进物质反应的
技术,广泛应用于环境净化、消毒、水处理等领域。

其中,光催化电极
是光催化技术的核心,是将光与电化学技术相结合的一种新型电极材料。

TiO2是一种广泛应用于光催化领域的材料,但其光催化活性有限,
传统的改性方法往往需要高温处理,而且效果不稳定易失活。

因此,探
索一种有效的改性方法,提高TiO2的光催化活性是十分必要的。

ITO是
一种广泛应用于透明导电膜领域的材料,其导电性能良好。

将TiO2与
ITO纳米薄膜复合形成TiO2ITO纳米薄膜光催化电极能够克服TiO2的导电性问题,从而提高其光催化活性。

二、研究目的和研究内容
本研究的目的是采用MOCVD方法制备TiO2ITO纳米薄膜光催化电极,并对其进行掺杂改性,提高其光催化活性。

具体研究内容包括:
(1)采用MOCVD方法制备TiO2ITO纳米薄膜;
(2)对TiO2ITO纳米薄膜进行表征,包括晶体结构、形貌、组成和光学特性等;
(3)采用离子注入、溶胶-凝胶和等离子体处理等方法对TiO2ITO纳
米薄膜进行掺杂改性;
(4)对掺杂后的TiO2ITO纳米薄膜进行光催化活性测试;
(5)分析掺杂方式和掺杂浓度对光催化活性的影响。

三、预期成果和研究意义
本研究预期通过MOCVD方法制备出TiO2ITO纳米薄膜,利用掺杂
方式提高其光催化活性,并探索最优的掺杂条件。

这对于提高光催化技
术的效率和实用性,促进环境净化、水处理等领域的发展具有重要意义。

染料敏化太阳电池TiO_2薄膜电极中离子扩散性能及其影响研究

染料敏化太阳电池TiO_2薄膜电极中离子扩散性能及其影响研究

1 引 言
染 料敏 化太 阳能 电池 ( S s 与 硅及 Ga 、n DS C ) As IP、 C S等无 机薄 膜太 阳能 电池相 比, d 制作 工 艺简 单 、 价格 低廉 , 成为科 研工作 者竞 相研 究 的热 门课 题 _ j 1 。染料
敏 化 太 阳 能 电 池 主 要 由有 机 染 料 敏 化 的 Ti 电极 、 O 载 铂 对 电极 和 含 有 KI 或 I I 和 I ( ) 的 电 解 液 3部 分 组 i
种 电解液 体 系研 究 薄膜 电极 的 离 子扩 散 过程 , 其组 成 分别 为 :1 ( )采用 丙烯碳 酸酯 ( C) 乙烯 碳酸 酯 ( C) P + E
( ( EC):V( PC)一 1:1 / . mo/ I O 1 lL ) o 1 lL Li/ O mo/
I;( )聚 氧 乙 烯 ( 子 量 分 : 0 、 0 2 分 2 0 4 0或 6 0 / . 0 )o4

分 子不稳定 , 放 电子 , 为带 正 电荷 的 染 料 离 子 , 释 成 染
料 释 放 的 电 子 会 迁 移 到 能 带 较 低 的 Ti 导 带 中 , 过 O 通
外 电路形成 光 电 流 , 电 池 内部 , 料 正 离 子 被 I 离 在 染 子还 原 , I 被 氧化 为 I 生成 的 I 通 过 扩散 , 移 而 , 迁 到载 铂 对 电极 并 还 原 为 I 生 成 的 I 一, ~离 子 扩 散 到 TO i 。电极 , 成整个 循环 。可以看 出 ,~和 I 的扩散 完 I 过程在 电池 的工作 中起着 重要 的作用 l 。在准 固态染 2 ] 料敏化太 阳能 电池 中 , 电解质 在 T O。 i 电极 中的渗透 及

一种快速测定酸性溶液中L-胱氨酸含量的电化学检测方法[发明专利]

一种快速测定酸性溶液中L-胱氨酸含量的电化学检测方法[发明专利]

专利名称:一种快速测定酸性溶液中L-胱氨酸含量的电化学检测方法
专利类型:发明专利
发明人:马红星,陈松,王鸿钰,朱俊燕,强华,陈亮
申请号:CN201911126295.6
申请日:20191118
公开号:CN110823970A
公开日:
20200221
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种快速测定酸性溶液中L‑胱氨酸含量的电化学检测方法,涉及电化学检测领域。

本发明以未修饰银电极为工作电极,铂电极作为对电极,Ag/AgCl电极作为参比电极,采用循环伏安法或示差脉冲伏安法,根据电化学响应信号与待测物浓度之间的线性关系,实现对L‑胱氨酸的简便、快速、准确的定量检测。

经验证,本发明可以通过检测L‑胱氨酸浓度,快速,简便,准确的在线检测电化学还原L‑胱氨酸合成L‑半胱氨酸的反应进程。

该方法不依赖大型仪器设备,所用的未修饰银电极制备简单、成本低廉,所述检测方法测定L‑胱氨酸灵敏度高、简便快速,可用于酸性溶液中L‑胱氨酸含量的测定,有望在电化学还原L‑胱氨酸合成L‑半胱氨酸的反应进程在线监测方面推广使用。

申请人:盐城工学院
地址:224051 江苏省盐城市希望大道中路1号
国籍:CN
代理机构:南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人:孟捷
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纳米 TiO2的合成及纳米 TiO2/Pt 修饰电极的电化学催化性能

纳米 TiO2的合成及纳米 TiO2/Pt 修饰电极的电化学催化性能

纳米 TiO2的合成及纳米 TiO2/Pt 修饰电极的电化学催化性能葛杏莉;沈萌;邓帮君;周环波【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2014(31)6【摘要】采用溶胶-凝胶法合成纳米 TiO2粉体,通过正交实验优化了纳米 TiO2的合成工艺条件,用透射电镜及 X-射线衍射技术对纳米 TiO2样品进行表征;进而采用涂膜法制备纳米 TiO2/Pt 修饰电极,通过循环伏安法研究其在葡萄糖体系中的电化学催化性能。

结果表明:在钛酸丁酯与乙醇体积比为2∶3、烘干温度为80℃、焙烧温度为500℃时,合成的纳米 TiO2具有最佳电化学催化性能;合成的纳米 TiO2为锐钛矿型,颗粒粒径分布在5~20 nm 之间;纳米 TiO2/Pt修饰电极对葡萄糖具有显著的电化学催化活性。

%Nano-TiO2 samples were synthesized by the sol-gel method,characterized by TEM and XRD.The synthetic technique of nano-TiO2 was studied by orthogonal experiment.The electrochemical catalytic perform-ance of nano-TiO2-modified Pt electrode in glucose solution was investigated by cyclic voltammetry(CV).The optimal synthetic conditions were obtained asf ollows:the volume ratio of TBOT and EtOH was 2∶3,the dr-ying temperature was 80 ℃,the calcination temperature was 500 ℃.The nano-TiO2 samples prepared were ana-tase-type crystals with the size of 5 ~ 20 nm.The nano-TiO2-modified Pt electrode possessed higher electro-chemical catalytic activity.【总页数】5页(P38-41,44)【作者】葛杏莉;沈萌;邓帮君;周环波【作者单位】湖北工程学院化学与材料科学学院,湖北孝感 432100;湖北工程学院化学与材料科学学院,湖北孝感 432100;湖北工程学院化学与材料科学学院,湖北孝感 432100;湖北工程学院化学与材料科学学院,湖北孝感 432100【正文语种】中文【中图分类】O643.32【相关文献】1.铂微粒修饰碳纳米管-纳米TiO2/聚苯胺复合膜电极的制备及其电化学性能 [J], 陈忠平;褚道葆;尹晓娟;吴何珍2.Pd纳米晶修饰TiO2纳米管阵列光电极的制备及性能 [J], 程修文;刘惠玲;李君敬;陈清华;于秀娟;潘国平3.碳纳米管/纳米TiO2复合膜电极与纳米TiO2电极电化学性能比较 [J], 张金花;张莉艳4.纳米TiO2-Pt修饰电极的制备、性能及应用 [J], 王凤武;魏亦军;褚道葆5.乙二醛在Ti/纳米TiO2-Pt修饰电极上的电催化氧化 [J], 褚道葆;何建国;侯源源;徐迈;王树西;王建;查龙武;张雪娇因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

TiO_2_SiO_2薄膜的光催化活性和超亲水性能

TiO_2_SiO_2薄膜的光催化活性和超亲水性能

T iO2-SiO2薄膜的光催化活性和超亲水性能Ξ于向阳ΞΞ程继健(华东理工大学无机材料研究所,上海 200237)摘要:采用溶胶凝胶法在普通玻璃表面制备了均匀的T iO-SiO2光催化薄膜,并研究了SiO2含2量对T iO2光催化性能和超亲水性能的影响。

对罗丹明B的光降解实验表明,加入少量的SiO2可提高T iO2薄膜的光催化性能,过多的SiO2降低了T iO2光催化活性。

但超亲水性的实验则表明,加入量提高了玻璃表面的超亲水性能。

较多的SiO2关键词:二氧化钛;二氧化硅;光催化活能;超亲水性中图分类号:T Q171.73+9 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2001)03-0038-05 The Photocatalytic Activity and Super-H ydrophilicProperty of TiO2-SiO2FilmsYU XiangΟyang,CHENG JiΟjian(Research Institute of Inorganic Material,East China University of Science&T echnology,Shanghai,200237,China) Abstract:T iO2-SiO2films are coated on the surface of glass by s ol-gel process.E ffects of the am ount ofSiO2addition on the photocatalytic activity and super-hydrophilic property of T iO2are investigated.Resultsof photodecom posing Rhodamine B show that a small am out of SiO2addition im proves the photocatalytic ac2tivity of T iO2;however,a larger am ount of SiO2addition im proves the super-hydrophilic property of T iO2.K ey w ords:T itania;Silica;Photocatalytic activity;Super-hydrophilic property1 前言自从1972年T iO2光催化特性由日本藤 昭教授发现以来,以其为代表的光催化材料已得到广泛的研究,利用T iO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起世界的广泛关注。

乙醇在PtnanoTiO2-CNT复合催化剂上的电催化氧化

乙醇在PtnanoTiO2-CNT复合催化剂上的电催化氧化

[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.鄄Chim.Sin .,2006,22(10):1238~1242Received:February 20,2006;Revised:March 29,2006.∗Correspondent,E ⁃mail:dbchu@;Tel:0553⁃3869304⁃8018.国家自然科学基金(20476001)和安徽省自然科学基金(00045317)资助项目ⒸEditorial office of Acta Physico ⁃Chimica Sinica乙醇在Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂上的电催化氧化褚道葆1,∗尹晓娟1冯德香1林华水2田昭武2(1安徽师范大学化学与材料科学学院,安徽省功能性分子固体重点实验室,安徽芜湖241000;2厦门大学化学系,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005)摘要通过前驱体Ti(OEt)4直接水解和电化学扫描电沉积法制备在Ti 基体上的纳米TiO 2⁃碳纳米管复合膜载Pt(Pt/nanoTiO 2⁃CNT)复合催化剂.透射电镜(TEM)和X 射线衍射(XRD)结果表明,锐钛矿型纳米TiO 2粒子和Pt 纳米粒子(粒径均为5~10nm)均匀地分散在碳纳米管表面.通过循环伏安和计时电流法研究表明,Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂(Pt 载量为0.32mg ·cm -2)具有高达51.8m 2·g -1的电化学活性比表面积,常温常压下对乙醇的电化学氧化具有高催化活性和稳定性,乙醇氧化峰电位分别为0.59、0.96和0.24V,氧化峰电流密度分别达到-115、-113和-75mA ·cm -2.复合催化剂对乙醇电氧化的高催化活性可归因于nanoTiO 2、CNT 和Pt 纳米粒子的协同催化作用.关键词:乙醇电氧化,直接乙醇燃料电池,阳极催化剂,纳米TiO 2,碳纳米管,铂纳米粒子中图分类号:O646Electrocatalytic Oxidation of Ethanol on Pt/nanoTiO 2⁃CNT Complex CatalystsCHU,Dao ⁃Bao 1,*YIN,Xiao ⁃Juan 1FENG,De ⁃Xiang 1LIN,Hua ⁃Shui 2TIAN,Zhao ⁃Wu 2(1Anhui Key Laboratory of Functional Molecular Solids,College of Chemistry and Materials Science,Anhui Normal University,Wuhu241000,P.R.China ;2Department of Chemistry,State Key Laboratory for Physical Chemistry of the Solid Surface,Xiamen University,Xiamen361005,P.R.China )Abstract Pt/nanoTiO 2⁃CNT complex catalysts were prepared by direct hydrolysis of Ti(OEt)4and electrochemical scan electrodepositing method.The results of XRD and SEM showed that the nanoTiO 2(anatase)and Pt nanoparticles (size about 5~10nm)were dispersed uniformly on CNT film surface.The electrocatalytic activity of Pt/nanoTiO 2⁃CNT electrode was investigated by cyclic voltammetry and chronopotentiogram.The results indicated that Pt/nanoTiO 2⁃CNT electrode (Pt loading was 0.32mg ·cm -2)exhibited high electrochemical activity surface area (51.8m 2·g -1)and very high electrocatalytic activity and stability for the electro ⁃oxidation of ethanol at room temperature in atmosphere pressure.The oxidation peak potentials of ethanol were 0.59,0.96,and 0.24V,and the corresponding oxidation peak current sdensities were -115,-113,and -75mA ·cm -2.The high electrocatalytic activity and good stability can be attributed to the synergistic catalytic effect among nanocomposite.Keywords :Electro ⁃oxidation of ethanol,Direct ethanol fuel cell,Anode catalyst,Nanocrystalline TiO 2,Carbon nanometer tubes,Pt nanoparticle直接醇类燃料电池(DAFC)由于其燃料来源丰富、价格低廉、携带和储存安全方便等独特的优越性而成为当前燃料电池研究的前沿课题[1⁃6].其中直接甲醇燃料电池(DMFC)受到广泛关注[2],然而由于甲醇有October1238No.10褚道葆等:乙醇在Pt/nanoTiO2⁃CNT复合催化剂上的电催化氧化一定的毒性,限制其在诸如手机、笔记本电脑等可移动电源领域的应用.因此探索其它无毒有机小分子燃料十分必要.乙醇可从农作物中大量生产,来源丰富,是一种可再生无毒绿色燃料,因而直接乙醇燃料电池(DEFC)具有更广阔的应用前景,近年来受到国内外研究者的关注[3].乙醇因含有C—C键,电氧化过程更为复杂,常用的Pt基催化剂对乙醇氧化的电催化活性不高[4].因此,研究对乙醇氧化具有高催化活性的阳极催化剂是发展DEFC的关键[5].目前报道的DEFC阳极催化剂性能较好的有PtSn[3,6⁃7]、PtRu[8]、PtRuMo[9]以及PtRu/CuNi[10]合金.但总体而言,其催化活性和稳定性仍不能令人满意.纳米TiO2(nanoTiO2)在酸、碱介质中都有很好的稳定性,是一种性能优良的电催化剂和催化剂载体[11],并可以改变Pt表面的电子特性,降低CO在其表面的吸附强度[12].碳纳米管(CNT)具有独特的电学、热导和力学性能,且拥有纳米级管腔结构、较高的比表面积和表面活性[13⁃15].本研究采用电化学方法合成前驱体Ti(OEt)4,经直接水解法制备纳米TiO2⁃CNT复合膜,通过电化学扫描法直接在纳米TiO2⁃CNT复合膜上欠电位沉积(UPD)Pt纳米粒子得到纳米TiO2⁃CNT复合膜载Pt (Pt/nanoTiO2⁃CNT)复合催化剂,采用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)方法对复合催化剂进行了表征,并运用循环伏安和计时电流法研究了Pt/ nano TiO2⁃CNT复合催化剂对乙醇氧化的电催化活性和稳定性.1实验部分1.1试剂与仪器所用试剂H2SO4、H2PtCl6、无水乙醇、丙酮等,均为分析纯,多壁碳纳米管由厦门大学化学系提供,Ti 金属用TA1型纯钛(纯度99.5%),电解液用二次蒸馏水配制.电化学研究使用CHI660A电化学工作站(美国CH公司)和LK98电化学系统(天津市兰力科化学电子高科技有限公司).TEM表征用Model S⁃520电子显微镜(Hitachi,Japan),XRD表征用Lab XRD⁃6000X射线衍射仪(SHMADZU,Japan).1.2实验方法采用前驱体Ti(OEt)4直接水解法[16]制备TiO2纳米溶胶,定量加入经活化处理和超声分散的CNT乙醇溶液制成纳米TiO2/CNT复合溶胶,通过提拉法将纳米TiO2⁃CNT溶胶均匀涂覆在已处理好的Ti基体上,干燥后在马弗炉中恒温723K焙烧30min,如此重复4~5次制得nanoTiO2⁃CNT复合膜(m(TiO2)∶m(CNT)=9∶1),再经电化学扫描沉积Pt纳米粒子得到nanoTiO2⁃CNT复合膜载Pt(Pt/nanoTiO2⁃CNT)复合催化剂,Pt载量由沉积电量计算.同样条件制备纯nanoTiO2膜载Pt(Pt/nanoTiO2)催化剂.电化学研究采用常规三电极体系的电解池进行测量,工作电极分别为Pt/nanoTiO2⁃CNT复合电极(表观面积0.04cm2)和Pt/nanoTiO2电极,Pt黑电极为辅助电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,测试分别在1mol·L-1H2SO4和0.5mol·L-1CH3CH2OH+0.5 mol·L-1H2SO4溶液中常温常压下进行,测量前通高纯Ar气20min以除去溶解氧.通过CHI660A电化学工作站得到的测试结果由联机计算机进行数据处理.2结果与讨论2.1扫描电沉积Pt纳米粒子及电化学行为图1为在5mmol·L-1H2PtCl6+0.5mol·L-1H2SO4溶液中扫描电沉积Pt纳米粒子的循环伏安曲线.由图可见,随着扫描次数的增加,在-0.2~-0.05V电位范围内出现氢的吸、脱附电流峰且越来越高,表明铂微粒不断沉积到nanoTiO2/CNT复合膜上[17⁃18];Pt的电沉积主要发生在0.0~0.4V电位区间,说明扫描电沉积Pt纳米粒子是一种欠电位沉积(UPD)过程;在0.5~0.6V之间出现大颗粒Pt的氧化溶解电流,从而使电沉积的Pt粒子具有均匀的纳米尺度.通过控制扫描次数来控制铂的沉积量[19].图2a为Pt/nanoTiO2⁃CNT复合电极在1.0mol·L-1H2SO4溶液中的循环伏安(CV)行为,图2b为对应图1nanoTiO2⁃CNT膜电极扫描电沉积Pt的循环伏安图Fig.1Cyclic voltammograms of nanoTiO2⁃CNT film electrode5mmol·L-1H2PtCl6+0.5mol·L-1H2SO4;1,15,30:the numberof cycle;scan rate:0.05V·s-11239Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao ),2006Vol.22的纯nanoTiO 2膜载Pt 电极的CV 行为.由图可见,两种电极均呈现Pt 的典型电化学行为且活性很高,而nanoTiO 2⁃CNT 复合膜载Pt 电极比纯nanoTiO 2膜载Pt 电极活性更高.氢在多晶Pt 表面的吸附电量为一定值(等于210μC ·cm -2),不随扫描速率的改变而改变,工作电极的真实表面积可由CV 曲线氢吸脱附电位区间内氢吸附电量(Q H )估算.通过CV 曲线积分求得Q H 为3.5×104μC,计算得到Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的电化学活性比表面积为51.8m 2·g -1,明显大于Pt/nanoTiO 2(图2b).在0.80V 和0.46V 附近出现的电流峰对应铂氧化物PtO 、Pt 2O 2的氧化还原峰,高的峰电流表明扫描电沉积Pt 纳米粒子在nanoTiO 2⁃CNT 复合膜表面得到高度分散,电极活性明显提高.2.2Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的XRD 和TEM 表征图3为Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的XRD 衍射图,图中存在锐钛矿(anatase)型nanoTiO 2晶型的衍射峰(分别为(101)、(004)、(200)、(211)、(204)晶面),同时出现铂的宽化峰,最强峰的2θ衍射角为39.76°,其次出现在47.89°、68.42°、81.20°处,分别为Pt 的(111)、(200)、(220)、(311)晶面衍射峰,所得结果与文献相同[20⁃22].Pt 粒子为面心立方结构,晶粒大小按谢乐方程(d =0.89λ/b cos θ)计算约T 的衍射峰(2θ=25.243°)与纳米TiO 2的(101)面衍射峰(2θ=25.243°)正好重合图4为Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的TEM 照片.由图可见,电沉积Pt 纳米粒子和nanoTiO 2(粒径均约5~10nm)均匀地和CNT 结合在一起.碳纳米管具有良好的导电性和表面活性,碳纳米管的存在减少了纳米TiO 2和Pt 粒子的团聚,比表面积和表面活性有了更大提高.2.3Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂对乙醇氧化的电催化活性图5a 为乙醇在Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂(载Pt 量为0.32mg ·cm -2)上电氧化的循环伏安曲线并和纯nanoTiO 2膜载Pt 催化剂(图5b)比较.由图可见,两种催化剂对乙醇电氧化均具有催化活性,而nanoTiO 2⁃CNT 复合膜载Pt 催化剂活性更高.在氢吸脱附区,Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的氢吸脱附电流明显小于Pt/nanoTiO 2电极,表明复合催化剂对乙醇的吸附能力更强,从而减少了对氢的活性点;正向扫描时乙醇阳极氧化电流起于0.10V,在0.59和0.96V 观察到两个乙醇阳极氧化峰[8],峰I 达到-115mA ·cm -2,峰II 达到-113mA ·cm -2,当反向扫描时,约在0.36V 出现铂表面氧化物的还原峰,因铂氧化物还原成为活性铂原子,导致在0.24V 时出现乙醇图2复合电极在硫酸溶液中的循环伏安曲线Fig.2Cyclic voltammgrams of complex electrode(a)Pt/nanoTiO 2⁃CNT complex electrode;(b)Pt/nanoTiO 2electrodesolution:1.0mol ·L -1H 2SO 4,scan rate:0.1V ·s-1图3Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的XRD 图Fig.3XRD pattern of Pt/nanoTiO 2⁃CNT complexcatalysts☆:nanoTiO 2;*:Pt图4Pt/nanoTiO 2⁃CNT 复合催化剂的TEM 形貌Fig.4TEM image of Pt/nanoTiO 2⁃CNT complexcatalysts1240No.10褚道葆等:乙醇在Pt/nanoTiO2⁃CNT复合催化剂上的电催化氧化氧化的电流峰III[23],峰电流密度达到-75mA·cm-2,与文献[6⁃10]报道的PtSn、PtRu、PtRuMo等催化剂相比氧化峰电流密度均有较大提高.Pt/nanoTiO2⁃CNT复合催化剂对乙醇电催化氧化的高催化活性可归结为两方面因素:一方面是由于nanoTiO2与Pt催化剂产生协同作用,从而降低Pt对中毒物CO的吸附强度[24],使CO在大量含氧基团的存在下更容易氧化为CO2,释放出大量Pt的活性点,降低了毒物CO ad的积累,提高了抗中毒能力;另一方面由于复合膜中掺杂的CNT改善了nanoTiO2和Pt纳米粒子的分散度,增加了膜的导电性和活性比表面积,同时由于用酸处理过的碳纳米管在管口和管壁产生了大量的—COOH、—OH活性基团[25],大量含氧物种的存在进一步提高了复合催化剂的催化活性.图6为乙醇电氧化的计时电流曲线.由图可见,控制电位0.54V,乙醇在Pt/nanoTiO2⁃CNT复合催化剂上电氧化30min后放电电流密度仍大于10 mA·cm-2,且放电电流曲线(曲线a)较为平缓,显示出对乙醇电氧化的高催化活性和稳定性,这对于进一步发展实用化乙醇燃料电池具有重要意义.3结论1)通过前驱体Ti(OEt)4直接水解和电化学扫描电沉积法制备出具有纳米结构的TiO2⁃碳纳米管复合膜载Pt(Pt/nanoTiO2⁃CNT)复合催化剂;复合催化剂(Pt载量为0.32mg·cm-2)具有高达51.8m2·g-1的电化学活性比表面积.2)复合催化剂在常温常压下对乙醇的电化学氧化具有高催化活性和稳定性,氧化峰电流密度高达-115mA·cm-2,性能优于PtSn、PtRu等合金催化剂,对发展实用化乙醇燃料电池具有重要意义. References1Claude,L.;Alexandre,L.;Véronique,L.R.;Fabien,D.;Christophe,C.;Léger,J.M.J.Power Sources,2002,105:2832(a)Jiang,L.H.;Sun,G.Q.;Zhao,X.S.;Zhou,Z.H.;Yan,S.Y.;Tang,S.H.;Wang,G.X.;Zhou,B.;Xin,Q.Electrochim.Acta,2005,50:2371(b)Ge,J.B.;Liu,H.T.J.Power Sources,2005,142:56(c)Chu,D.B.;Feng,D.X.;Zhang,J.H.;Lin,H.S.;Hu,W.L.;Tian,Z.W.Acta Chim.Sin.,2005,63(22):2027[褚道葆,冯德香,张金花,林华水,胡维玲,田昭武.化学学报(Huaxue Xuebao), 2005,63(22):2027]3(a)Jiang,L.H.;Sun,G.Q.;Zhou,Z.H.;Zhou,W.J.;Xin,Q.Catal.Today,2004,93⁃95:665(b)Spinacé,E.V.;Neto,A.O.;Linardi,M.J.Power Sources,2004,129:1214Lamy,C.;Lima,A.;LeRhun,V.;Delime,F.;Coutanceau,C.;Léger,J.M.J.Power Sources,2002,105:2835Zhou,W.J.;Li,W.Z.;Song,S.Q.;Zhou,Z.H.;Jiang,L.H.;SunG.Q.;Xin,Q.;Poulianius,K.;Kontou,S.;Tsiakaras,P.J.PowerSources,2004,131:2176Lamy,C.;Rousseau,S.;Belgsir,E.M.;Coutanceau,C.;Léger,J.M.Electrochim.Acta,2004,49:39017(a)Zhou,W.J.;Song,S.Q.;Li,W.Z.;Zhou,Z.H.;Sun,G.Q.;Xin,Q.;Douvartzides,S.;Tsiakaras,P.J.Power Sources,2005, 142:50图5乙醇电氧化的循环伏安曲线Fig.5Cyclic voltammograms of ethanol electro⁃oxidationsolution:0.5mol·L-1ethanol+0.5mol·L-1H2SO4scan rate:0.05V·s-1(a)Pt/nanoTiO2⁃CNT complex electrode;(b)Pt/nanoTiO2electrode 图6乙醇电氧化的计时电流曲线Fig.6Time vs current plot of ethanol electro⁃oxidationThe applied potential was0.54V(vs SCE)for1800s;solution:0.5mol·L-1ethanol+0.5mol·L-1H2SO4(a)Pt/nanoTiO2⁃CNT complex electrode;(b)Pt/nanoTiO2electrode1241Acta Phys.⁃Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao),2006Vol.22(b)Jiang,L.H.;Zhou,Z.H.;Zhou,W.J.;Wang,S.L.;Wang,G.X.;Sun,G.Q.;Xin,Q.Chem.J.Chin.Univ.,2004,25:1511[姜鲁华,周振华,周卫江,王素力,汪国雄,孙公权,辛勤.高等学校化学学报(Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao),2004,25: 1511]8(a)Ma,G.X.;Tang,Y.W.;Yang,H.;Zhou,Y.M.;Xing,W.;Lu, T.H.Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2003,19(11):1001[马国仙,唐亚文,杨辉,周益明,邢巍,陆天虹.物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao),2003,19(11):1001](b)Ma,G.X.;Tang,Y.W.;Zhou,Y.M.;Xing,W.;Lu,T.H.Chin.J.Inorg.Chem.2004,20:394[马国仙,唐亚文,周益明,邢巍,陆天虹.无机化学学报(Wuji Huaxue Xuebao),2004,20:395] 9(a)Neto,A.O.;Franco,E.G.;Aric佼,E.;Linardi,M.;Gonzalez,E.R.J.Eur.Ceramic Soc.,2003,23:2987(b)Neto,A.O.;Giz,M.J.;Perez,J.;Ticianelli,E.A.J.Electrochem.Soc.,2002,149:A27210Gupta,S.S.;Mahapatra,S.S.;Datta,J.J.Power Sources,2004, 131:16911(a)Chu,D.B.;Li,X.H.;Liu,X.Y.;Yao,W.L.Chin.J.Chem., 2004,22:1231(b)Chu,D.B.;Li,X.H.;Feng,D.X.;Gu,J.S.;Shen,G.X.ActaChim.Sin.,2004,62:2403[褚道葆,李晓华,冯德香,顾家山,沈广霞.化学学报(Huaxue Xuebao),2004,62:2403](c)Chu,D.B.;Yao,W.L.;Gu,J.S.;Li,X.H.;Sheng,G.X.Chem.J.Chin.Univ.,2004,25:2137[褚道葆,姚文俐,顾家山,李晓华,沈广霞.高等学校化学学报(Gaodeng Xuexiao HuaxueXuebao),2004,25:2137]12Hayden,B.E.;Malevich,mun.,2001,3: 39513Ebbesen,T.W.;Ajayan,P.M.Nature,1992,358:22014Che,G.;Lakshml,B.B.;Flsher,E.R.Nature,1998,393:34615Li,W.Z.;Liang,C.H.;Zhou,W.J.;Qiu,J.S.;Li,H.Q.;Sun,G.Q.;Xin,Q.Carbon,2004,42:42316(a)Zhou,X.F.;Chu,D.B.;Lin,C.J.Mater.Res.Bull.,2002,37: 1851(b)Zhou,X.F.;Chu,D.B.;Lin,C.J.Electrochim.Acta,2002,47:276917Gloaguen,F.;Leger,J.M.;Lamy,C.J.Appl.Electrochem.,1997, 27:105218Dou,J.H.;Li,W.S.;Li,H.;Hong,Q.M.;Chen,H.Y.;Nan,J.M.Chinese J.Power Sourses,2003,(s1):183[都君华,李伟善,李红,黄启明,陈红雨,南俊民.电源技术(Dianyuan Jishu),2003,(s1):183]19Chen,G.L.;Sun,S.G.;Chen,S.P.;Zhou,Z.Y.Electrochemistry, 2000,6:406[陈国良,孙世刚,陈声培,周志有.电化学(Dianhuaxue),2000,6:406]20(a)Chen,W.X.;Lee,J.Y.;Liu,mun.,2002,21: 2588(b)Chen,W.X.;Lee,J.Y.;Liu,Z.L.Acta Chim.Sinica,2004,62:42[陈卫祥,Lee,J.Y.,刘昭林.化学学报(Huaxue Xuebao), 2004,62:42]21He,Z.;Chen,J.;Liu,D.;Tang,H.Mater.Chem.Phys.,2004,85: 39622Reddington,E.;Sapienza,A.G.;Viswanathan,R.;Sarangapani,S.;Smotkin,E.S.;Mallouk,T.E.Science,1998,280:173523Zhong,Q.L.;Zhang,B.;Zhang,L.;Yang,X.Y.Acta Phys.⁃Chim.Sin.,2004,20:1163[钟起玲,张兵,章磊,杨熊元.物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao),2004,20:1163]24Liu,C.P.;Yang,H.;Xing,W.;Lu,T.H.Chem.J.Chin.Univ., 2002,23:1367[刘长鹏,杨辉,邢巍,陆天虹.高等学校化学学报(Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao),2002,23:1367]25Tian,F.M.;John,L.;Falconer,J.L.J.Catal.,1990,123:4431242。

电场辅助TiO_2薄膜光催化降解甲基橙的影响

电场辅助TiO_2薄膜光催化降解甲基橙的影响

第30卷 第6期2007年12月电子器件Ch inese Jou r nal Of Elect ro n DevicesVol.30 No.6D ec.2007Study on Photoca talytic Degra dat ion of Methyl Or ange by TitaniumDioxide Coupling with Photoca ta lytic Field 3YI N L i 2s on g ,F A N H ai 2l u ,C H E N Y o ng 2p i n g ,TA N Mi n ,YA N G Sh uo(S chool of P hysi cs and Technolog y ,Cent r al S outh Uni versit y ,Changs ha 410083,Chi na)Abstract :The p hot ocatalytic degradation of met hyl ora nge unde r UV 2ra y and elect ric fiel d wit h tit anium di 2oxi de t hi n fil ms wa s investi gated in t hi s work.The el ect ric field effect s on t he photocat al yt ic p ropert ies of TiO 2nanometer fil ms and t he best ac 2tive l ays of TiO 2were di scussed respecti vel y.The experi ment al re 2sult s i ndicat e t hat ,t he degradation effi ciency of met hyl orange can be great ly i ncreased by applyi ng t he elec 2t ric field ,t he growt h rate reaches 50%when t he 30volt age act ing on t he cat al yst.The elect ric field chan 2ge s in cert ai n degree t he be st act ive layer s of TiO 2from 6to 7.K ey w or ds :Ti O 2;p hot ocatalytic degradation ;elect ric field ;met hyl orange EEACC :0520电场辅助TiO 2薄膜光催化降解甲基橙的影响3尹荔松,范海陆,陈永平,谭 敏,杨 硕(中南大学物理科学与技术学院,长沙410083)收稿日期2823基金项目中国博士后基金资助(6388);湖南省博士后基金资助作者简介尹荔松(2),男,博士后,主要研究方向为纳米材料,y @63摘 要:将电场引入到TiO 2光催化降解甲基橙反应中,实验讨论了电场对TiO 2光催化活性的影响及电场对薄膜最佳光催化活性层数的影响.结果表明:外加电场对光催化反应的影响明显,在外加电压30V 时,TiO 2光催化降解甲基橙的降解率提高了50%;此外,电场对催化剂TiO 2的最佳光催化活性层数有一定的影响,最佳光催化活性层数从无电场时的6层变为7层.关键词:TiO 2;光催化降解;电场;甲基橙中图分类号:TN 304.055 文献标识码:A 文章编号:100529490(2007)0622001203 目前,利用光催化技术降解有机污染物[122]越来越受到人们的重视,该技术处理有机染料废水的氧化能力强、无二次污染、设备简单、操作条件容易控制.它可以以太阳光作为能源,降低运行费用,对于保护环境、维持生态平衡、实现可持续发展具有重大意义.光催化氧化法自身效率低的特点大大限制了其应用,为了提高光催化氧化反应的量子产率,已有研究者分别利用磁场[3]、电场[4]、超声波[5]等与光催化反应系统的协同作用来提高对有机污染物的降解率.光催化过程实际上是由光生电子和空穴在半导体中生成、复合、被捕获和界面迁移,以及随后发生的一系列自由基反应所组成,因此可以用外加电场的方法促使电子2空穴对的有效分离,从而提高对空穴的利用率.1 实验部分1.1 试剂与仪器实验中其它所用的试剂均为分析纯.紫外-可见光分光光度计(尤尼卡WF Z UV 22100型)及玻璃比色皿、紫外灯(启东市海联,激发波长253.7nm )、直流稳压电源(金盾J W Y -301型)、采用Nt 2Mdt 生产的sol ver p47型原子力显微镜(A FM)对薄膜表面的形貌进行测试、用Ri gaku D/max 2550V 型X 射线衍射仪对粒子的晶型进行分析.1.2 薄膜的制备与表征用200mL 无水乙醇与3mL 乙酰丙酮(抑制:200700:2000907:1971inlis o .剂)充分混合.加入25mL 钛酸丁酯,制得溶液A.150mL 无水乙醇与2.5mL 蒸馏水充分混合.制得溶液B.滴入盐酸调节B 溶液的p H 在2~3之间.将A 与B 混合并用无水乙醇调节溶液的总体积为480mL ,制得0.15mol /L 的TiO 2溶胶.将溶胶倒入自制的拉膜瓶中,调节瓶底的阀门,让液面以大约5cm/mi n 的速度匀速下降,再将载玻片放入烘干箱中,在80℃下烘干10mi n.重复以上步骤,制备出不同层数的薄膜,最后将镀上薄膜的玻璃基片放入马弗炉中以526℃/mi n 的速率升温到500℃保温2h.图1是Ti O 2薄膜(5层500℃下退火)的二维、三维原子力显微图(A FM),从二维(a)图中可以看出,用sol 2gel 法制备的TiO 2薄膜表面比较平整,薄膜表面起伏较小,晶粒尺寸较均匀,没有异常的大颗粒存在,结构致密.表面TiO 2粒子的平均粒径40nm 左右.从三维(b )图中可以看出,薄膜表面高低不一,颗粒连续堆积,无明显断层现象.(a)TiO 2薄膜的二维AFM 相片(b)TiO 2薄膜的三维AFM 相片图1图2为实验所得溶胶在500℃煅烧2h 后的XRD图谱.各衍射峰所对应的2θ值分别为25.26,37.8,48,53.88,55.04,62.62,68.7,70.16,75.06,82.68.各衍射峰与TiO 2锐钛矿相P DF 标准卡中所示特征衍射峰的峰位和峰的相对强度符合的比较好,因此,样品为锐钛矿相的T O ,而且图中无其它杂质晶相衍射峰出现,表明产物具有较高的纯度主衍射峰尖锐且大大宽化,说明结晶度较高、晶粒完整且粒径较小图2 T iO 2的XRD 图谱1.3 实验方法实验在图3所示的反应装置中进行,目标降解图3 光催化反应器物为10mg L -1的甲基橙溶液.反应器位于两平行电容板之间,两板间距离为5cm ,通过改变平行电容板的电压来调节反应区域内的电场,实验中电压可调范围在0~36V 之间,光源是功率为35W 的紫外灯,激发波长为253.7nm ,灯管与液面的平均距离为15cm ,搅拌速度为120r min -1.用紫外分光光度计测甲基橙不同浓度溶液的吸光度,所测甲基橙溶液的浓度依次为5mg L -1、10mg L -1、15mg L -1、20mg L -1、25mg L -1、30mg L -1.从图4(a )中可知,甲基橙溶液在波长464nm 处具有最大吸光度,且在锐钛矿的最大激发波长(380nm)附近没有明显的吸收,其吸光度与浓度成有如图4(b )所示的线性关系.实验中所用甲基橙溶液的浓度为l0mg L -1,因此,可通过(1)式计算出其降解率.每隔30min 进行取样,测定出A t 的值.()甲基橙的吸收曲线2002电 子 器 件第30卷i 2..a(b)甲基橙溶液的吸光度与浓度之间的对应关系图4η=(A0-A t)/A0×100%(1)η为降解率,A0为溶液的初始吸光度,A t为溶液经光催化降解t时间后的吸光度.2 结果与讨论2.1 电场对最佳光催化活性层数的影响图5为电场对最佳光催化活性层数的影响.从图可知,薄膜光催化活性的最佳层数不因外加电压(20V)而发生明显的改变.在只有光照的情况下, TiO2薄膜的最佳光催化活性层数为6~8层,加入电场后,薄膜的最佳光催化活性层数为7~8层,然而,6层与7层之间的降解率相差不明显,但7层在加入电场前后相差较大,这一变化应该是空穴扩散速率加快所引起的结果.在催化剂薄膜内部的空穴是通过扩散向薄膜表面迁移的,因此,受电场的作用较小.在如图4所示外加电场时,降低了原子的电子(非电子2空穴对中所分离的电子)向底层空穴跃迁的势垒,增大了原子上的电子到空穴的跃迁机率,而整个过程就相当于加速了内层空穴向表面的扩散,从而有利于更深层空穴向表面扩散.图5 电场对最佳光催化活性层数的影响2.2 电场对催化剂TiO2光催化活性的影响图6为电场对同层数(5层)TiO2薄膜光催化活性的影响.从图可知,外加电场对光催化活性影响较大,在安全电压范围内,催化剂TiO2光催化活性随电压的升高而增大,但并非简单的线性关系.在10~20 V之间,催化活性随电压变化最为明显;在0~10V 与20~30V这两个区域内,随电压的增加催化剂活性变化缓慢;催化剂活性倍率的增长率随电压的变化关系类似于正态分布(如图);在外加电压3V时,电场对T O薄膜光催化活性提高了5%,表明外加电场能有效促使电子2空穴对的分离、提高了表面空穴的利用率.此外,随着外加电压的升高,降解过程越来越接近于线性关系,这表明催化剂TiO2薄膜在电场作用下不易失去其催化活性.图6 电场对TiO2薄膜光催化活性的影响图7 催化剂活性倍率的增长率与电压的关系3 结论电场对催化剂TiO2的最佳光催化活性层数有一定的影响,最佳光催化活性层数从无电场时的6层变外7层.外加电场对光催化反应有明显的影响作用,电场强化了光催化剂Ti O2对甲基橙的降解作用,在30V的外加电压下,反应光催化降解率提高了50%,外加电场有利于维持催化剂Ti O2薄膜的催化活性.参考文献:[1] 刘守新、陈广胜、等Ag/Ti O2对含酚废水的光电催化降解[J].应用化学,2005,8;2228.[2] K ornienko G V,Chaenko N V,Vas ileva I S,et al.Indirect El ec2t rooxi dation of Organic Subst rates by Hydrogen Pero xide G enera2 t ed in an Oxygen G as2Diffusion Elect ro de[J].Russ ian Journal of Electrochem i st ry,2004,40(2):1482152.[3] 赵景联,种法国,赵靓等,磁场Ti02降解酸性大红3R研究,[J].西安交通大学学报,2006,7,4027.[4] 黄金球,唐超群等,电场对TiO2纳米膜光催化性能的影响,[J].催化学报,2006,9,Vol.27No.9.[5] Davydo v L,R eddy E P,France P,et al.Sonophot ocat alytic des t ruc2tio n of Organic C o nt am inant s in Aqueous S ystems on TiO2Pow2 []y B;,3,53002第6期尹荔松,范海陆等:电场辅助Ti O2薄膜光催化降解甲基橙的影响70 i20ders J.Applied C atal s is Envi ronmental29.。

纳米TiO_2薄膜的制备及其紫外光吸收性能的研究

纳米TiO_2薄膜的制备及其紫外光吸收性能的研究

纳米T iO2薄膜的制备及其紫外光吸收性能的研究X 邹博1,吴凤清1,阮圣平2,邹乐辉1,刘彩霞2,甘勇2,徐宝琨2 (1.吉林大学化学学院,吉林长春130023;2.吉林大学电子科学与工程学院,吉林长春130023)摘要:采用so-l g el法制备T iO2薄膜。

用XRD、A FM对其结构及表面形态进行了表征。

用U V、SPS测试其光谱吸收、表面光伏特性。

结果表明,在高软化温度IT O玻璃上得到比较好的锐钛矿型T iO2薄膜,且具有很强的紫外光吸收特性。

随着烧结温度的升高,锐钛矿晶型更加趋于完整,使得紫外吸收曲线的带边蓝移。

在紫外光照射下,所制得的薄膜有明显的光伏效应,较之粉体材料,吸收峰更趋向紫外区。

为进一步研制新型紫外光传感器提供实验依据。

关键词:T iO2薄膜;紫外吸收;光伏效应中图分类号:O612.4文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2004)05-0618-031引言紫外波段的光传感器具有抗干扰能力强和适于恶劣环境(如高温环境)等优良的特性,在科研、军事、航天、环保、防火和许多工业控制领域具有重要应用价值。

在军事上,它可用于导弹、飞机的尾焰探测跟踪,具有高的抗干扰性;它也可作为太空飞船轨道中太阳紫外光的探测器;在环保上,随着大气臭氧层的破坏,对太阳光紫外线辐射的监测愈加重要。

此外,传感器亦可对有害工业废气及汽车尾气进行监测;在工业、科研和日常生活中,对发动机燃烧过程的监控、高分子化工过程的紫外固化过程的控制、光刻工艺中对紫外光曝光过程的控制,以及紫外防护、火灾报警、地震发光现象的监测及临震预报、高密度存储系统中的数据读出等诸多领域具有广泛的应用[1~5]。

紫外线的波长较短,适合研制紫外波段的光传感器的最佳半导体材料应当是一些具有宽禁带参数的材料。

T iO2作为一种氧化物半导体材料,价带O2p、导带T i3d,禁带宽度:3.0~ 3.2eV,由于禁带宽度较大,对可见光几乎不吸收,对340nm以下紫外线具有良好的吸收特性,并且它的化学稳定性和耐候性良好,制备工艺相对成熟。

多孔TiO_2薄膜电极的制备及光电性能

多孔TiO_2薄膜电极的制备及光电性能
t i i e e t o s a p a e t i h p r st h n f m lc r d p e r d wi h g o o i l h y,u i r p r ie a d h g h t ee t i n f m o e sz n i h p o o l c rc o
Vo . . 1 7 No 2
J n2 1 u . 00
文 章 编 号 :6 2 9 3 (0 OO 一O 7 一O 1 7 - 3 1 2 1 )2 O 6 5
多孔 TO 薄膜 电极 的 制备及 光 电性 能 i2
霞 石德 晖 ,周 艺 ,李 宏 ,党铭 铭 ,吕彩
( 沙 理 工 大 学 化 学 与 生 物 工 程学 院 , 南 长沙 长 湖 40 0 ) 10 4
we e u e o c r c e ie t t uc u e n ope te ft im s The a — r du e ims r s d t ha a t rz he s r t r s a d pr r is o he fl . s p o c d fl we e us d a l c r de i ye s n iie o a el t a d c t u t r r e s e e t o n d - e stz d s l rc lswih a s n wih s r c u e,a he ph — nd t o
Ab ta t n t i p p r h o o st a i Ti )n n — r sast i i swi ihp o o sr c :I h s a e ,t ep r u i n a( O2 a oc y t l hn f m t hg h t — t l h ee ti p o e t r rp r e y a s l e m eh d u ig p lsy e e ( S) b a sa h lc rc r p rywe ep e a a d b o— l g t o sn oy t rn P e d ste p r~o m ig a e t o ef r n g n .X-a i r co ey ( ry df a t m r XRD) a d s a n n lcr n m ir s o y ( EM ) f n c n ig ee to co c p S

tio2光催化机理

tio2光催化机理

tio2光催化机理
Tio2光催化机理是指二氧化钛(TiO2)在光照条件下产生催
化活性的过程。

这种机理分为两个步骤:光吸收和电子传递。

1. 光吸收:当二氧化钛暴露在紫外光照射下时,其能带结构会导致电子从价带跃迁到导带。

在此过程中,二氧化钛会吸收光的能量,并激发电子到导带。

2. 电子传递:激发到导带的电子和剩余在价带的空穴会在二氧化钛表面发生传递过程。

这些激发态的电子和空穴可以与水中的氧分子和水分子发生反应,产生一系列的氧化还原反应。

例如,激发态的电子可以与水中的氧分子反应,生成一种强氧化性的氢氧离子自由基(•OH),这种自由基可以氧化有机物质。

而激发态的空穴则可以氧化水分子,生成一种强还原性的氢离子自由基(•H),这种自由基可以分解有机物质。

综上所述,Tio2光催化机理是指二氧化钛在光照条件下,通
过吸收光的能量,激发电子和空穴,进而发生一系列氧化还原反应的过程。

这种光催化机理在环境污染治理、清洁能源等领域具有广泛的应用前景。

L-半胱氨酸修饰Ag—nano-TiO2/CNT复合膜电极的制备及其对苯乙酮的电催化还原

L-半胱氨酸修饰Ag—nano-TiO2/CNT复合膜电极的制备及其对苯乙酮的电催化还原

nnቤተ መጻሕፍቲ ባይዱi2C T制备 了 L y A —ao i2C T电极 。研 究 了 A—ao i2C T和 L y A —ao i / N ao O/ N T - s g n- O/ N C — n T g /— O/ N nlT - s g n— 0 C T C — n T 2
的电化学性质 , 结果 表明 ,-y— gn/ —i :C T对苯 乙酮有较强 的催化还原作用 。 LC sA —a o O / N lT
3 oeeo hmir dMa r l Si c , rl om l n esy Wuu2 10 ,C ia .C l g f e s a t isc e e AI i r a U i r t, h 4 00 hn ) C t n y ea n } N u v i
Ab t a t sr c :L— s Ag n n - O2 Cy — - a o Ti /CNT d f d ee to e wa r p r d fo Ag n n — O2 mo i e lc r d sp e a e r m - a o Ti /CNT ee - i l c

研究论文 ・
L半 胱氨 酸修 饰 A —a o i2 C T复 合膜 电极 的 . gnn - O / N T
制备及其对苯 乙酮的电催化还原
张金花 ,张莉艳 , . 一 褚道葆。
( .池州学院 化学与食 品科 学系 , 1 安徽 池州 2 7 0 ; 4 00 2 .黄 山学院 化学系 , 安徽 黄 山 25 4 ; .安徽师范大学 化学与材料科学学院 , 40 1 3 安徽 芜湖 2 10 ) 4 00 摘要 : nn -i 2C T电极 表面镀一层银 , 在 aoTO / N 制备了 A —aoTO / N gnn —i2 C T电极 。用 L半胱氨 酸 ( - y) 一 LC s 修饰 A — g

TiO_2半导体光催化反应器的研究进展

TiO_2半导体光催化反应器的研究进展

摘 要 光催 化氧化作为一种高级氧化技术 , 在环境 污染控制方 面得到了较快 的发展。主要介绍 了 国内外 近年来有关 光催 化
反应 中其 反 应 器 的 设 计 与 研 究 进 展 情 况 , 催 化 剂 在 反 应 器 中 的存 在状 态 分 类 论 述 了各 特 点 , 及 反 应 按 以 器 在设 计 中存 在 的 问 题 和 今 后 发 展 的 方 向 。
a d C e c lEn n e ig, o g ig Un v ri f c n lgy, h n qn 0 0 0 n h mia gie rn Ch n q n iest o Teh oo y C o g ig 4 0 5 )
Ab ta t sr c : T hepho oc t l tcoxia i t a a y i d ton,a ne o dv nc d o da in e hniue, h s e n d v l pe i k y i s o fa a e xi to t c q a b e e e o d qu c l n
t ef l fe vr n n ol t n c n r 1 h i d o n i me tp l i o to .Ba eo h o r he sv i r t r e iw ,t i p p ri t o u e h e e o u o s n t e c mp e n ie l e a u er ve t h s a e n r d c d t e d —
环境污染与防治
第3 3卷
第 3期
21 0 1年 3月
TO 半 导体 光催 化 反 应 器 的研 究 进 展 * i2
李 侃 徐 云 兰。 贾金 平
( _ 海 交 通 大学 环 境 科 学 与工 程 学 院 , 海 2 0 4 ;. 庆 理 工 大 学 化 学 化 工 学 院 , 庆 4 0 5 ) 1上 上 0202重 重 0 0 0

Ce掺杂TiO_2薄膜电极光电催化降解甲基橙

Ce掺杂TiO_2薄膜电极光电催化降解甲基橙

Ce掺杂TiO_2薄膜电极光电催化降解甲基橙Vol 133No 1852化⼯新型材料N EW CH EMICAL MA TERIAL S 第33卷第8期2005年8⽉基⾦项⽬:⼴东省科技计划项⽬(2002C1030408、2004B10301010);⼴东省⾃然科学基⾦团队项⽬(04205301)作者简介:余倩(1964-),⼥,博⼠,副教授。

Ce 掺杂TiO 2薄膜电极光电催化降解甲基橙余 倩 孔祥晋 潘湛昌 张环华 肖楚民 余 林(⼴东⼯业⼤学轻⼯化⼯学院,⼴州510090)摘 要 ⽤溶胶2凝胶法制备了泡沫镍负载TiO 2及Ce 离⼦掺杂TiO 2薄膜电极,并以其为⼯作电极,建⽴了三电极光电催化体系。

通过对⽔溶液中甲基橙的降解实验,考察了催化剂热处理温度、涂敷层数、外加电压、铈掺杂等因素对薄膜催化剂光催化性能的影响,结果表明,泡沫镍是光催化剂的优良载体;经500℃处理所得催化剂主要为锐钛矿相,催化活性最好;外加适当电压,有助于光催化降解;Ce 的掺杂有易于TiO 2催化活性的改善;外加适当电压有助于甲基橙的光催化降解。

研究证明,500℃为铈掺杂TiO 2薄膜的最佳热处理温度,外加⼀定电压、涂敷3层、掺杂n (Ce )/n (Ti )=2%的铈时催化剂的活性最⾼。

关键词 光催化,光电催化,TiO 2薄膜电极,铈掺杂,降解,甲基橙The effects of Ce doped TiO 2f ilm electrode onphotoelectrocatalytic degradation of methyl orangeYu Qian K ong Xiangjin Pan Zhanchang Zhang Huanhua Xiao Chumin Yu Lin(Faculty of Light Indust ry and Chemical Engineering ,Guangdong University of Technology ,Guangzhou 510090) Abstract TiO 2and Ce doped TiO 2thin film electrode deposited on porous nickel were prepared by sol 2gel meth 2od ,Using the porous nickel electrode as working electrode ,the photoelectrocatalytic (PEC )system was built.Applying this system the degradation of methyl orange in aqueous solution was studied ,The effects of calcined temperature 、the numbers of coating layer ,electrode potential and the content of doped Ce were investigated by the degradation of methyl orange.The results showed that porous nickel was a good carrier and PEC oxidation was a convenient way to minerali 2zing the organic pollutants with high efficiency.It was found that the Ce doping could enhance the catalytic activity ,the ceium doped film with n (Ce )/n (Ti )=2%has the highest photocatalytic degradation efficiency for methyl orange ,and the optimal heat 2treatment temperature for the catalyst is 500℃,the optimal coating layers is three.K ey w ordsphotocatalysis ,photoelectrocatalysis ,TiO 2film electrode ,Ce dope ,degradation ,methyl orange 很多难降解的有机污染物都可通过光催化作⽤得到明显去除[1,2],但光激活TiO 2产⽣的光⽣载流⼦极易简单复合⽽⼤⼤降低量⼦效率活性,稀⼟⾦属Ce 是⼀种敏化剂,极易吸收光⼦从三价变为四价,⽽四价Ce 离⼦在光激发下不仅能有效抑制电⼦2空⽳对的简单复合,改善光催化效率,还可能使TiO 2的光吸收波长红移⾄可见光区,增加对太阳能的有效利⽤[3]。

TiO_2薄膜光电协同催化氧化降解活性艳红

TiO_2薄膜光电协同催化氧化降解活性艳红

TiO 2薄膜光电协同催化氧化降解活性艳红曹长春,蒋展鹏*,余刚,黄河,陈中颖(清华大学环境科学与工程系,北京 100084)摘要:以不同波长紫外光为光源,研究了活性艳红在间歇式反应器中的光降解、光催化降解、光电协同催化降解行为.结果表明:在相同条件下,光催化降解速度快于光降解速度,而光电协同催化降解速度取决于协同电场的方向,当电场方向与紫外线照射方向相同时,降解速度比光催化速度慢,而当电场方向与紫外线照射方向相反时,其降解速度快于光催化降解速率.关键词:T iO 2薄膜;光催化;光电协同催化中图分类号:X791 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2002)06-03-0108基金项目:霍英东教育基金会资助项目;清华大学重点学科建设基金资助项目作者简介:曹长春(1963~),男,硕士,副教授,清华大学访问学者,现在桂林工学院资源与环境工程系(541004).收稿日期:2001-11-10;修订日期:2002-01-18*联系人The Degradation of Dye X -3B in Photocatalysis Enhanced by the ElectricFieldCao Changchun ,Jiang Zhanpeng ,Yu Gang ,Huang He ,Chen Zhongying (Dept .of Enviro nmental Scienceand Engineering ,T singhua U niv er sity ,Beijing 100084,China )A bstract :U sing 365nm and 254nm U V lamp as light source ,the deg radation of dy e X -3B in photo lysis ,photocatalysis and electrical enhanced pho tocatalysis was studied in this research .T he result shows that the deg radation rate of pho to -catalysis of X -3B was faster than one of photolysis of X -3B .T he degradatio n rate of electrical enhanced photocatalysis w as faster than the photocataly sis while the direction of the electric field w as opposite with the direction of U V radiation and its degradation rate was slow er while the direction of the electric field was of the same direction as U V radiation .Keywords :TiO 2thin film ;photocatalysis ;electrical enhanced pho to catalysis 催化剂的固载化较好地解决了催化剂的分离和回用问题,但光催化氧化过程中产生的电子和空穴常会复合,致使光催化氧化效率降低.因此,如何阻止电子和空穴的复合以提高光催化反应效率成为研究焦点.目前主要有2条途径来降低电子和空穴对的复合[1~4].本文研究了在自制二氧化钛薄膜光催化反应器中施加一与外部直流电源相连接的电场,比较光电协同催化氧化与光催化氧化、光降解的性能差异,找寻TiO 2薄膜催化剂量子效率提高的外在条件,为该技术的实用化提供理论依据.1 试验(1)试剂 正丙醇、钛酸四丁酯、乙酰丙酮、X -3B 活性艳红(均为分析纯).(2)试验装置 金属铝板、飞利浦紫外灯、整流器、数字式万用表、紫外可见分光光度计.试验用光催化反应器由紫外灯(16W ,365nm 、254nm 波长)、玻璃皿、固定式TiO 2薄膜组成.光电协同催化反应器则在催化剂膜上下各置一不锈钢丝网,丝网之间不导通,丝网与外加电场的正负极相连,电压值大小及极性均可调节.图1a 和图1b 是二氧化钛膜光电协同催化反应器的示意图.当电场方向(由正到负)与紫外灯光线方向相同时称为同向,相反时则为异向.TiO 2薄膜采用溶胶-凝胶法制备,以正丙醇∶钛酸四丁酯∶乙酰丙酮∶水=70∶10∶3∶4的体积比配制.固定膜基材采用纯铝板.铝板经水砂纸擦拭并用稀碱液清洗,晾干后于溶胶中浸渍提拉.溶胶干后在马弗炉中300℃下烘烤30min ,反复6次,第7次在马弗炉500℃焙烧60min 即形成了高活性固载化TiO 2薄膜.(3)试验方法与步骤 试验选取活性艳红第23卷第6期2002年11月环 境 科 学ENVIRONM EN TAL SCIENCEV ol .23,N o .6N ov .,2002DOI :10.13227/j .hjkx .2002.06.023图1 光电协同催化反应器(②二氧化钛光催化膜)Fig .1 Photocatal ytical reactor coordinating为模型化合物.活性艳红是一种水溶性酸性染料,光稳定性较好,无毒性,降解时溶液颜色随之变浅,是一种既直观又便于检测的模型化合物,而且考虑到它在紫外光照下较难降解,不易被吸附,且易于分析检测.根据活性艳红的紫外-可见光吸收谱图可知,在可见光区512nm 和538nm 处有2个较接近的吸收峰,其中538nm 波长在0~50mg /L 范围测定吸光度与浓度标准曲线,具有很好的线性关系.因此选用538nm 作为测定波长.试验根据所用紫外灯光波长分成365nm 、254nm 2组,每组均在相同光照条件、相同模型化合物浓度下进行光降解、光催化氧化和光电协同催化氧化试验.光降解指仅在紫外光作用下的降解,光催化氧化指紫外线照射下基于TiO 2催化剂的氧化降解,光电协同催化氧化指外加电场作用下的基于TiO 2的光催化氧化降解.每隔一定时间取模型化合物溶液测定其吸光度值(C ),并以(C 0-C )/C 0为降解率来比较反应效果(其中C 0为溶液的起始吸光度值).2 试验结果及讨论有关活性艳红在单独施加外加电场以及在紫外光波长365nm 和254nm 下的单纯光降解、光催化降解和光电协同催化降解及其影响因素的试验结果见图2~图5. 图2的结果表明,只在单独的电场作用下溶液中活性艳红的浓度会有一定程度的降低,而且随着电压值的升高,降低速率就越快.但是这种降解的程度很低,一般在20%左右. 从图3中可以看出:紫外光波长为365nm 时,在试验时间段内,活性艳红几乎没有被光降解;在有催化剂的光催化条件下,活性艳红有明显降解;在同向光电协同的作用下,其降解程度反而减小,表现为阻碍反应进程、降低反应速率;而异向光电协同作用则表现为促进反应进程、加速反应速率,降解程度提高.说明外加电场的存在对光催化反应有影响,而且这种影响是有方向性的.图2 活性艳红在外加电场不同电压和365nm 紫外线照射条件下吸光度随时间变化Fig .2 Variation of X -3B 's ABS w ith reactive time in electric field (without photocatalyst )图3 活性艳红在365nm 下(光降解、光催化降解和同向光电协同催化氧化降解、异相协同光电催化)降解率随时间的变化Fig .3 Variation of X -3B decomposing rate w ith reactive tim e in photol ysis ,photocatalysis ,photocatalys is coordinating w ithel ectric field of same direction and opposite direction 从图4中可以看出,在低电压的条件下(约0.5V 以下)光电协同的作用并不是很明显.而随着电压值的逐渐升高,光电协同的作用表现明显,240min 时降解率已达到60%~80%.从图4还可以看出,电压超过了一定值后,这种降解效率提高的趋势又开始变得不明显,图4中1.214V 、2.0V 和2.25V 下的降解曲线已经相差无几.紫外光波长为254nm 时,试验结果与365nm 时基本相同(见图5).由于此时光降解的速率太快,光催化与光电协同的影响表现得不如365nm 时明显,而且由于降解的基数比较大,所以不同电压下降解率的变化相对很小,加之测量的误差导致规律性不明显.图4 活性艳红在365nm 下光催化和不同电压的异向光电协同催化降解率随时间的变化Fig .4 Variation of X -3B Decomposing rate w ith reactive time in photol ysis ,photocatalysis ,photocatalys is coordinatingw ith electric field of opposite direction (UV365nm)图5 活性艳红在254nm 下光降解、光催化和异向光电协同下的降解率随时间的变化Fig .5 Variation of X -3B Decomposing rate w ith reactive time in photol ysis ,photocatalysis ,photocatalys is coordinatingw ith electric field of opposite direction (UV254nm ) 光电协同对光催化降解效果的影响,从高级氧化作用机理看,羟基自由基是通过水分子俘获光生空穴而形成.空穴能较快地到达表面与羟基作用是至关重要的.如果光生电子和空穴对在半导体内的分离方向是随机的、杂乱无章的,那么从促进光生电子和空穴的分离来考虑,同向和异向的电场对光催化反应的影响应该基本相同.但是试验结果说明在半导体中还存在着一种有方向性的机制来促进电子和空穴的分离.根据半导体电子能带变化的理论,当半导体与一种电解质溶液接触的时候,热力学的平衡就会在界面上发生.这就有可能导致在半导体表面的很薄的区域内形成一个空间电荷层(Space -charge Layer ).在这个电荷层中,N 型半导体的电子能带向上弯曲,以至于这个空间电荷层中存在一个指向半导体颗粒表面的电场;P 型半导体的电子能带则向下弯曲,产生的电场方向就指向半导体催化剂的内部.空间电荷层的厚度一般在1~103nm ,主要取决于载流子的密度和半导体的介电常数.在光生的电子和空穴产生以后,就会在空间电荷层中被分离.在一个N 型的半导体中,空间电荷层中所存在的电场会驱动光生空穴到达固相和液相的界面,而电子则被赶向催化剂和载体的内部.在P 型的半导体中电场的方向则正好相反[5].本研究中所采用的TiO 2都是N 型的半导体,空间电荷层的电场方向是与光照的方向相反的,所以加入异向电场就是促进了空间电荷层对电子和空穴的分离,阻挠它们的复合,对光催化反应有很好的促进效果,而加入同向电场则是阻碍了空间电荷层的作用,导致降解效率的降低.光电协同是一种通过改变光催化外部条件来促进光催化氧化的方法,它的效果势必要受到光催化本身的影响.在相同的光照、催化剂等条件下,紫外线照射催化剂的表面,单位时间内产生的电子与空穴的数是一定的.当电压很小的时候,外加电场的场强也很小,对光催化作用的促进效果不明显.随着电压的升高,阻止了一部分电子和空穴的复合,使得光催化的效率开始提高.而电压提高到一定的值以后,由于光照所产生的电子和空穴的数目是一定的,光电协同的作用也接近了饱和,光催化的效果随电压的升高变化已经不明显.参考文献:1 By rne J A et al .Photoel ectrochemical Cell for the CombinedPhotocatalytic Oxidation of Organic Pollutants and the Recov -ery of M etals from W aste Waters .Appl ied Catalys is B :Envi -ronmental ,1999,20(2):85.2 Butterfield I M et al .Water Dis infecti on Us ing an Immobili zedTitanium Dioxide Fil m in a Photochemical R eactor with Electric Field Enhancement .Water R esearch ,1997,31(3):675.3 W alker S A et al .Photoelectrochemical Oxidation of AqueousPhenol Using Titanium Dioxide Aerogel .Journal of Elec -troanal .Chem .,1995,393(1~2):137.4 刘鸿,冷文华,吴合进等.光电催化降解磺基水杨酸的研究.催化学报,2000,21(3):209.5 Akira Fujishima et al .Titanium Dioxide Photocatal ysis .Jour -nal of Photochemistry and Photobiol ogy C .photochemistryReview s ,2000,(1):1.。

TinanoTiO2膜电极的修饰改性及其对糠醛电催化还原研究的开题报告

TinanoTiO2膜电极的修饰改性及其对糠醛电催化还原研究的开题报告

TinanoTiO2膜电极的修饰改性及其对糠醛电催化还
原研究的开题报告
本研究旨在探究TinanoTiO2膜电极的修饰改性及其对糠醛电催化还原的影响,为纳米电子领域的开创性应用提供理论与实验依据。

首先,将TinanoTiO2膜电极进行不同的表面修饰,包括引入不同官能团、交联剂等,通过扫描电子显微镜和X射线衍射等表征手段,分别
对修饰后的电极进行表征,探究表面修饰对电极微观结构的影响。

随后,利用循环伏安法和计时电位法等电化学方法,对修饰后的TinanoTiO2膜电极进行电化学性能测试,探究表面修饰对电极电化学性
能的影响。

最后,利用糠醛作为电活性物质,将修饰后的电极应用于糠醛电催
化还原的研究,通过探究修饰后电极对糠醛催化还原的效率和稳定性等
方面的影响,进一步挖掘TinanoTiO2膜电极在纳米电子方向的应用潜力。

本研究的实验方法包括膜电极制备、表面修饰、电化学测试和糠醛
电催化还原等步骤,最终可得到修饰后TinanoTiO2膜电极的优化制备方法和糠醛电催化还原的最佳电极条件。

通过本研究的实验和理论探讨,可为纳米电子领域的应用提供新思
路和实验基础,对推动纳米电子材料的应用和发展具有重要意义。

NanoTiO2-CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原

NanoTiO2-CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao)March Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2006,22(3):373~377NanoTiO2⁃CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原褚道葆1*张莉艳1张金花1,2张秀梅1尹晓娟1(1安徽师范大学化学与材料科学学院,安徽省功能性分子固体重点实验室,安徽芜湖241000;2池州师范专科学校化学系,安徽池州247000)摘要通过在乙醇中电化学溶解Ti金属阳极合成前驱体Ti(OEt)4和溶胶⁃凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2⁃碳纳米管(nanoTiO2⁃CNT)复合膜,采用循环伏安和电解合成法研究了nanoTiO2⁃CNT复合膜电极在N,N⁃二甲基甲酰胺(DMF)中的氧化还原行为以及对糠醛(furfural)还原的电催化活性.结果发现,nanoTiO2⁃CNT电极在阴极扫描时有两对氧化还原峰,可逆半波电位E r1/2分别为-1.27V和-2.44V(vs SCE,扫描速度100mV·s-1),分别对应于TiO2/Ti2O3氧化还原电对的可逆电极过程和TiO2/Ti(OH)3电对的准可逆电极过程;在DMF电解液中nanoTiO2⁃CNT复合膜中的Ti(IV)/Ti(III)氧化还原电对作为媒质间接电还原糠醛为糠醇,反应机理为电化学偶联随后化学催化反应(EC′)机理.关键词:糠醛,电催化还原,糠醇,纳米TiO2,碳纳米管,复合膜电极中图分类号:O646Heterogeneous Electrocatalytic Reduction of Furfural on Nanocrystalline TiO2⁃CNT Complex Film Electrode in DMF Solution CHU,Dao⁃Bao1*ZHANG,Li⁃Yan1ZHANG,Jin⁃Hua1,2ZHANG,Xiu⁃Mei1YIN,Xiao⁃Juan1 (1Anhui Key Laboratory of Functional Molecular Solids,College of Chemistry and Materials Science,Anhui Normal University,Wuhu 241000,P.R.China;2Department of Chemistry,Chizhou Normal Technological Academy,Chizhou247000,P.R.China) Abstract The precursor Ti(OEt)4was prepared by anodic dissolution of metallic titanium in absolute ethanol anddirectly hydrolyzed to prepare nanocrystalline TiO2⁃carbon nanotube(nanoTiO2⁃CNT)complex film by a sol⁃gel process.Redox behavior and electrocatalytic activities of the nanoTiO2⁃CNT complex film electrode were investigated by cyclicvoltammetry(CV)and bulk electrolysis in DMF solution.It was found that there were two pairs of well⁃defined redoxpeaks for nanoTiO2⁃CNT complex film electrode with E r1/2of-1.27V and-2.44V(vs SCE)at100mV·s-1incorrespondence with TiO2/Ti2O3reversible and TiO2/Ti(OH)3quasi⁃reversible electrode process,and the heterogeneouselectrocatalytic reduction activities of TiO2/Ti(OH)3redox system for furfural;The indirect electroreduction of furfuralto furfural alcohol by Ti(IV)/Ti(III)redox system on nanoTiO2⁃CNT complex film surface in DMF.The electrodereaction mechanism is the called catalytic(EC′)mechanism.Keywords:Furfural,Electrocatalytic reduction,Furfural alcohol,Nanocrystalline TiO2,Carbon nanotube,Complex film electrode在有机分子中对有机官能团的氢化反应一直是合成中引起人们关注的问题.用电化学方法实现氢化反应,如将羰基类化合物电还原成烃类物质具有对环境友好,选择性高的优点[1⁃2].大部分的电化学还原是以汞为工作电极,近年来在铂[3]、镍、钯以及铑阴极上的研究也有报道.糠醇(furfural alcohol)是[Note]Received:September22,2005;Revised:October26,2005.*Correspondent,E⁃mail:dbchu@;Tel:0553⁃3869304⁃8018.国家自然科学基金(20476001)和安徽省自然科学基金(00045317)资助项目鬁Editorial office of Acta Physico⁃Chimica Sinica373Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao),2006Vol.22化工、轻工的重要原料.电化学合成糠醇是一种对环境友好的绿色化学方法,已有以镍为基体改性的石墨毛毡电极还原糠醛生成糠醇以及副产物四氢化糠基醇的报道[4],在电极上用光作催化剂还原糠醛的研究也有报道[5],但以修饰在电极表面的氧化还原电对作为糠醛还原反应异相电催化剂的研究未见报道.纳米TiO2膜电极具有独特的光电性质和电化学性质,不仅是最有希望的太阳能电池光电极[6],而且是一种高活性的阴极电催化剂和稳定的电催化剂载体[7⁃9].碳纳米管(CNT)具有独特的电学、热导和力学性能,较高的比表面积和表面活性,可进一步提高催化剂的活性和稳定性[10⁃11].由于糠醛和产物糠醇在水溶液中都不稳定,采用具有较宽电化学窗口的DMF(N,N⁃二甲基甲酰胺)为介质更为有利.本文报道了纳米TiO2⁃碳纳米管(nanoTiO2⁃CNT)复合膜电极在含有四丁基溴化胺(导电盐)的DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原,并通过紫外和高效液相色谱测试对电解产物进行表征,探索一种更为简单、高效的电化学合成有机物的新方法.1实验1.1材料与仪器所用试剂糠醛、DMF、四丁基溴化胺、乙醇等均为分析纯,糠醛经过蒸馏提纯,多壁碳纳米管(MWCNTs)由厦门大学提供,Ti金属采用TA1型纯钛(纯度为99.5%).电化学实验使用CHI660A电化学工作站(USA,CH Instrument)和8511B型恒电位/恒电流仪(延边电化学仪器厂).电解槽为自制三室离子膜(F101阳离子隔膜)玻璃电解槽.TEM表征用Model S⁃520电子显微镜(Hitachi,Japan),XRD表征用Lab XRD⁃6000X射线衍射仪(SHMADZU, Japan),高效液相色谱表征仪器为LC⁃6A日本岛津Shimadzu,色谱柱(hypersil)填料为C18,紫外表征用U⁃3010HIYACHI紫外可见分光光度计.1.2纳米TiO2⁃碳纳米管复合膜电极的制备粗制碳纳米管用硝酸在333K加热回流经活化处理并经烘干后,在无水乙醇中超声分散,定量加入到按文献方法[9⁃12]制成的纳米TiO2溶胶中,继续搅拌该溶胶直至碳纳米管均匀分散在纳米TiO2溶胶中;采用提拉法将纳米TiO2⁃碳纳米管复合溶胶涂覆在表面洁净的Ti基体上,自然干燥后红外灯下加热15min,置于马弗炉中恒温723K焙烧30min,冷却后取出.上述过程重复4~5次,即制成Ti基nanoTiO2⁃CNT(Ti/nanoTiO2⁃CNT)复合膜修饰电极.1.3循环伏安和电解合成研究循环伏安研究采用三电极系统,研究电极为Ti/ nanoTiO2⁃CNT电极(电极面积0.04cm2),大面积Pt片电极作辅助电极,参比电极为饱和甘汞电极(SCE).电解液分别为DMF(含0.1%水)+0.100mol·L-1四丁基溴化胺和DMF(含0.1%水)+0.100mol·L-1四丁基溴化胺+不同浓度糠醛的混合溶液,在不同扫速下得到循环伏安图.电解合成在三室离子膜电解槽中进行,中间室作阴极室,两边为阳极室,阴、阳极室间用阳离子膜分隔开,网状nanoTiO2⁃CNT复合膜电极(电极面积10.0cm2)作阴极,自制的一对Ti基镀Pt电极(电极面积10.0cm2)作阳极,所有电解液均在测试和电解前通入纯氩气除氧.高效液相色谱分析采用20%乙腈为流动相,流速为0.5mL·min-1,固定相填料为C18,粒径大小为10滋m,色谱柱内径为4.6mm×150 mm,紫外光谱分析在200~800nm吸收波长范围内进行测试并与理论计算值比较.2结果与讨论2.1纳米TiO2⁃碳纳米管复合膜的表征图1为在723K温度下焙烧0.5h后的nanoTiO2⁃CNT复合膜的XRD谱图.由图可见,纳米TiO2的晶型为典型的锐钛矿型(anatase).根据Scherrer公式(D=kλ/(βcosθ))计算[13],晶粒大小约20nm.碳纳米管的衍射峰(2θ=25.243°)与纳米TiO2的(101)面衍射峰(2θ=25.243°)正好重合.图2为nanoTiO2⁃CNT复合膜的TEM照片.从图1NanoTiO2⁃CNT复合膜的XRD图Fig.1XRD pattern of the nanoTiO2⁃CNTcomplex filmT=723K for0.5h374No.3褚道葆等:NanoTiO 2⁃CNT 复合膜电极在DMF 溶液中对糠醛的异相电催化还原图2NanoTiO 2⁃CNT 复合膜的TEM 图Fig.2TEM photograph of the nanoTiO 2⁃CNTcomplex filmT =723K for 0.5h图可以看出,纳米TiO 2粒子(晶粒大小约15~20nm)附着在长短不一的碳纳米管上,大量碳纳米管的存在起到阻碍纳米TiO 2粒子的团聚作用,从而使纳米TiO 2粒子得到极大程度的分散.由于经过4~5次涂膜,从而得到多层网状结构的nanoTiO 2⁃CNT 复合膜,这种网状结构的nanoTiO 2⁃CNT 膜有利于电解质和TiO 2粒子充分接触,也大大提高电极的真实表面积,增强电极活性.由于碳纳米管弹性好,受到较大的压力时既不发生破裂也不发生塑性变形,这会使nanoTiO 2⁃CNT 复合膜的机械强度提高,增加膜的附着力和耐磨性,更进一步增加了电极活性.2.2NanoTiO 2⁃CNT 复合膜电极在DMF 中的氧化还原行为图3为nanoTiO 2⁃CNT 复合膜电极在DMF 中的循环伏安图(图中所示电流密度为表观电流密度).从图中可以看出,在0~-2.60V 扫描电位区间出现两对氧化还原峰,可逆半波电位E r1/2分别为-1.27V 和-2.44V(vs SCE,扫描速度100mV ·s -1).在电解液中加入0.1%的水用来提供电极反应所需的水和氢离子.第一对峰对应的电极反应为[14]:2TiO 2+2H ++2e -=Ti 2O 3+H 2OE r1/2=-1.27V (vs SCE)第二对峰对应的电极反应为:TiO 2+H 2O+H ++e -=Ti(OH)3E r1/2=-2.44V (vs SCE)NanoTiO 2⁃CNT 电极在DMF 溶液中的循环伏安行为与在硫酸中的循环伏安行为(图4)比较可以看出,两对氧化还原峰均明显负移,从而进一步拓宽了该电极的使用范围及在有机相中的应用.NanoTiO 2⁃CNT 电极分别在DMF 溶液和硫酸溶液中经扫描50~60次,均未发现可溶性物质,且峰电流反而有所增大(图4b),说明该电极在水溶液和DMF 溶液中均具有很高的电化学活性和稳定性.2.3NanoTiO 2⁃CNT 复合膜电极对糠醛还原的电催化活性图5(b)为nanoTiO 2⁃CNT 膜电极在0.100mol ·L -1糠醛+0.100mol ·L -1四丁基溴化胺的DMF(含0.1%水)溶液中的循环伏安图.与在DMF(含0.1%水)+0.100mol ·L -1四丁基溴化胺的循环伏安图(图5a)比较可明显看出,第二对氧化还原峰的阴极峰电流i pc2明显增大,对应的阳极峰电流i pa2完全消失,而第一对氧化还原峰的i pc1和i pa1基本不变,表明电解液图3NanoTiO 2⁃CNT 膜电极在DMF 中的循环伏安图Fig.3Cyclic voltammetric behavior of thenanoTiO 2⁃CNT electrode in DMF(with 0.1%water)scan rate :100mV ·s -1E /V (vs SCE)图4NanoTiO 2⁃CNT 膜电极在1.00mol ·L -1H 2SO 4中的循环伏安图Fig.4Cyclic voltammetric behavior of thenanoTiO 2⁃CNT electrode in 1.00mol ·L -1H 2SO 4scan rate :100mV ·s -1;(a)first cycle,(b)60th cycleE /V (vs SCE)375Acta Phys.鄄Chim.Sin.(Wuli Huaxue Xuebao ),2006Vol.22中的糠醛参加了随后的化学催化反应[15].糠醛的还原和第二对氧化还原反应(TiO 2/Ti(OH)3)偶联,纳米TiO 2膜中的Ti(IV)电化学还原为Ti(III),作为媒质间接催化还原糠醛.由于Ti(III)是经过化学反应氧化为Ti(IV),没有经过电极反应,所以阳极峰电流消失,而化学催化再生的大量Ti(IV)进一步在电极上还原,从而使阴极峰电流增大,还原峰的电流密度比糠醛在Cu 电极上还原峰的电流密度(相同溶剂中)[5]高出20多倍.图6为nanoTiO 2⁃CNT 膜电极在0.100mol ·L -1糠醛+0.100mol ·L -1四丁基溴化胺的DMF(含0.1%水)溶液中不同扫描速度的循环伏安图.由图可见,阴极还原峰电流随扫描速度的增加而增加,说明异相催化反应是快速的;i pc -v 1/2呈线性增长关系,表明反应速率受浓差极化规律的控制[15⁃16].在低扫速和高扫速回扫时,TiO 2/Ti(OH)3电对的阳极氧化峰均消失,进一步表明电极表面的Ti(IV)/Ti(III)氧化还原电对起一种媒质作用,电化学还原所产生的大量Ti(III)和糠醛在电极表面上发生快速的随后化学反应,再生成大量Ti(IV),同时糠醛被间接还原为糠醇,这一过程不断重复进行,反应机理为电化学偶联随后化学催化反应(EC ′)机理[15],反应式为:还原峰电位E p 随扫描速度的增加向更负的方向漂移,进一步表明随后化学反应的存在.图7为nanoTiO 2⁃CNT 膜电极在不同浓度糠醛的DMF(含0.1%水)溶液中的循环伏安图.从图中可以看出,随着糠醛浓度的增加,还原峰电流越来越大,且随着浓度的增加还原峰电位负移.这表明当糠醛浓度逐渐增大时随后催化反应仍是快速的.且在图5NanoTiO 2⁃CNT 膜电极在DMF(含0.1%水)溶液中的循环伏安图Fig.5Cyclic voltammetric behavior of thenanoTiO 2⁃CNT electrode in DMF(with 0.1%water)scan rate :100mV ·s -1;(a)without furfural,(b)with 0.100mol ·L -1furfural图6NanoTiO 2⁃CNT 膜电极在0.100mol ·L -1糠醛的DMF 溶液中的循环伏安图Fig.6Cyclic voltammetric behavior of thenanoTiO 2⁃CNT electrode in 0.100mol ·L -1furfural+DMF(with 0.1%water)scan rate(mV ·s -1):(a)25.0,(b)50.0,(c)100,(d)200,(e)400E /V (vs SCE)图7NanoTiO 2⁃CNT 膜电极在不同浓度糠醛的DMF 溶液中的循环伏安图Fig.7Cyclic voltammetric behavior of thenanoTiO 2⁃CNT electrode in different concentration furfural+DMF (with 0.1%water)scan rate :50.0mV ·s -1;c /(mmol ·L -1):(a)25.0,(b)50.0,(c)100,(d)200,(e)400E /V (vsSCE)E /V (vs SCE)376No.3褚道葆等:NanoTiO2⁃CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原低浓度时出现较小的氧化峰,这是由于当糠醛浓度较低时,电极表面的Ti(III)部分与糠醛发生反应,剩余的Ti(III)则通过电极反应被氧化为Ti(IV),因此出现了微弱的氧化峰;当糠醛浓度逐渐增大时,由于与糠醛反应的Ti(III)越来越多,直至全部被糠醛氧化为Ti(IV),而没有通过电极反应,因此氧化峰随浓度的增加逐渐消失.2.4NanoTiO2鄄CNT膜电极电合成糠醇用nanoTiO2⁃CNT膜电极作为阴极在DMF中电解还原糠醛,阴极电解液为100mL0.400mol·L-1糠醛+0.100mol·L-1四丁基溴化胺的DMF(含0.1%水)溶液,阳极液为DMF(含0.1%水)+0.100mol·L-1四丁基溴化胺溶液,在室温和常压下控制电位-2.50 V进行电解,电解到110%理论电量时结束电解.电解过程中发现,随着电解的进行,溶液颜色由无色逐步变为棕色,这是因为产物糠醇暴露在空气及光的照射下即变为棕红色的结果,也表明在电解中糠醇浓度不断增大.对电解液进行高效液相色谱分析发现,电解前在6.28min的吸收峰基本消失,而在15.9min出现了新的强吸收峰,表明原物质已反应完且电解生成了一种新的物质.紫外⁃可见光谱测试发现,电解前糠醛溶液的吸收峰在317nm,与糠醛的理论计算值312nm基本一致,电解后溶液的吸收峰在269nm,与糠醇理论计算值264nm也基本一致,进一步表明电解产物为糠醇.测试结果没有发现副产物生成.电流效率(E f)按下列公式计算:E f= [Q theo/Q real]×100%,(Q theo为理论电量,Q real为实际消耗电量).经5次电解计算得到平均电流效率为90%,电解产率为85%.3结论(1)发现采用电化学合成前驱体和溶胶⁃凝胶法制得nanoTiO2⁃CNT复合膜电极在DMF溶液中在阴极扫描时有两对氧化还原峰,可逆半波电位E r1/2分别为-1.27V和-2.44V(vs SCE,扫描速度100mV·s-1),对应于TiO2/Ti2O3氧化还原电对的可逆电极过程和TiO2/Ti(OH)3电对的准可逆电极过程.(2)NanoTiO2⁃CNT复合膜电极对糠醛具有异相电催化还原活性,膜中的TiO2/Ti(OH)3氧化还原电对作为媒质间接电还原糠醛为糠醇,反应机理为EC′机理.用nanoTiO2⁃CNT膜电极作阴极在DMF 中控制电位-2.50V电解还原糠醛,得到产物糠醇的平均电流效率达到90%,电解产率为85%. References1Horanyi,G.Electrochim.Acta,1986,31:10952Ozyoruk,H.;Pekmez,K.;Yildiz,A.Electrochim.Acta,1987,32:5693Casadei,M.A.;Pletcher,D.Electrochim.Acta,1981,26:8194Chamoulaud,G.;Floner,D.;Moinet,C.;Lamy,C.;Belgsir,E.M.Electrochim.Acta,2001,46:27575Alzira,M.S.L.;Reinaldo,S.G.Catalysis Communications, 2003,4:6416Regan,B.O.;Gratzel,M.Nature,1991,353:7377M bindyo,J.K.N.;Rusling,ngmuir,1998,14:70278Chu,D.B.;Li,X.H.;Liu,X.Y.;Yao,W.L.Chin.J.Chem., 2004,22:12319Chu,D.B.;Yao,W.L.;Gu,J.S.;Li,X.H.;Shen,G.X.Chem.J.Chin.Univ.,2004,25(11):2137[褚道葆,姚文俐,顾家山,李晓华,沈广霞.高等学校化学学报(Gaodeng Xuexiao HuaxueXuebao),2004,25(11):2137]10Che,G.;Lakshml,B.B.;Flsher,E.R.Nature,1998,393:346 11Li,W.Z.;Liang,C.H.;Zhou,W.J.;Qiu,J.S.;Li,H.Q.;Sun,G.Q.;Xin,Q.Carbon,2004,42:42312Zhou,X.F.;Chu,D.B.Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2001,17(4):367 [周幸福,褚道葆.物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao),2001,17(4):367]13Xiong,G.;Zhi,Z.L.;Wang,X.J.Mater.Sci.Lett.,1997,16:106414Milazzo,G.;Caroli,S.;Sharma,V.K.Tables of standard electrode potential.A Wiley⁃Interscience,New York:John Wiley &Sons,1978:17F15Bard,A.J.;Faulke,L.R.Electrochemical methods.New York:John Wiley&Sons,1980:42916Tian,Z.W.Electrochemical methods.Beijing:Science Press, 1984:131[田昭武.电化学研究方法.北京:科学出版社,1984:131]377。

胱氨酸改性TiO2可见光下催化活性及催化机理

胱氨酸改性TiO2可见光下催化活性及催化机理

胱氨酸改性TiO2可见光下催化活性及催化机理于秀娟;程修文【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2010(026)012【摘要】以胱氨酸为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了胱氰酸改性的TiO2可见光催化剂,并对其进行了TG-DTA、XRI)、表面光电压光谱(SPS)及XPS表征.XRI)结果表明,胱氨酸有效抑制了TiO2晶粒的生长,提高了锐钛矿向金红石相的转变温度.SPS分析结果显示,改性TiO2光催化剂可见光吸收增强,吸收带边明显红移,且胱氨酸用量为4.2%的样品光伏响应强度最大.XPS分析结果表明,胱氨酸改性TiO2样品表面的羟基含量明显增加.且O2p价带的VMB(价带最人值)值为2.3 eV,小于非改性TiO2.以罗丹明B为模型污染物,考察了胱氨酸掺杂量与焙烧温度对改性TiO2存在见光下催化性能.结果表明,胱氨酸掺杂量(相对和TiO2) 4.2%、350℃焙烧的催化剂催化活性最好.波长为380~630 nm、470~800 nm的光辐射120 min后,罗丹明B的降解率分别达到91.02%、78.44%.【总页数】5页(P2150-2154)【作者】于秀娟;程修文【作者单位】黑龙江大学环境科学与工程系,哈尔滨,150080;黑龙江省普通高等学校高效转化的化工过程与技术重点实验室,哈尔滨,150080;黑龙江大学环境科学与工程系,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】O614.41;O613.51;O643.36【相关文献】1.太阳光下高光催化活性Pr-N-P三元掺杂锐钛矿TiO2纳米片 [J], 姜洪泉;王巧凤;李世洋;李井申;王庆元2.可见光下具有高光子效应和光催化活性的CuS-石墨烯氧化物/TiO2复合材料的制备 [J], PARK ChongYeon;GHOSH Trisha;MENG ZeDa;KEFAYATUllah;VIKRAM Nikam;OH WonChun3.可见光下F-TiO2催化剂对2,4,6-三氯苯酚光催化活性研究 [J], 刘茜;唐飏;李越;马崇迪;廖洋;赵仕林4.有机物/TiO2电荷转移复合物的形成及其在可见光下的催化活性 [J], 张鑫;宋琳;李明玉;曾小龙;于奇志5.可见光下高催化活性不同结构Sr/TiO2催化剂的制备和表征 [J], 蒋孝佳;贾建明;卢晗锋;朱秋莲;黄海凤因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

电催化还原DMF制备三甲胺的新方法

电催化还原DMF制备三甲胺的新方法

电催化还原DMF制备三甲胺的新方法
贾瑞龙;梁栋;宋秀丽;梁镇海
【期刊名称】《合成化学》
【年(卷),期】2015(23)7
【摘要】报道了一种新的电催化还原DMF制备三甲胺的方法.以Cu电极为工作电极,Pt电极为对电极,饱和甘汞为参比电极,0.1 mol·L-1四丙基四氟硼酸铵为支持电解质,于室温以扫描速率50 mV·s-1实现了DMF电催化还原为三甲胺的反应,转化率90%,三甲胺纯度99%,其结构经GC-MS确证.
【总页数】4页(P626-629)
【作者】贾瑞龙;梁栋;宋秀丽;梁镇海
【作者单位】太原理工大学化学化工学院,山西太原030024;太原理工大学化学化工学院,山西太原030024;太原理工大学化学化工学院,山西太原030024;太原理工大学化学化工学院,山西太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】O621.3
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2.NanoTiO2-CNT复合膜电极在DMF溶液中对糠醛的异相电催化还原 [J], 褚道葆;张莉艳;张金花;张秀梅;尹晓娟
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4.锡量子点制备及其电催化还原二氧化碳产甲酸性能 [J], 田建建;马霞;王敏;姚鹤良;华子乐;张玲霞
5.CoPc/N-C催化剂的制备及CO_(2)电催化还原 [J], 马静静;朱红林
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以P123为表面活性剂的纳米TiO_2于铝膜腔体内的合成

以P123为表面活性剂的纳米TiO_2于铝膜腔体内的合成

以P123为表面活性剂的纳米TiO_2于铝膜腔体内的合成黄莉薇
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2016(42)2
【摘要】介绍了采用溶胶-凝胶法,以三嵌段共聚物P123为表面活性剂,在阳极铝膜腔体内合成二氧化钛纳米纤维的新方法。

实验测定了复合功能铝膜对N_2的吸附-脱附,研究了晶化时间和煅烧温度对制备的二氧化钛纤维的形貌特征的影响。

【总页数】2页(P40-40)
【关键词】二氧化钛;阳极氧化铝膜;吸附;溶胶-凝胶
【作者】黄莉薇
【作者单位】重庆师范大学
【正文语种】中文
【中图分类】O614.411
【相关文献】
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实验所 用 试 剂 NaF、无 水 Na2 SO4 、浓 H2 SO4 、 CH3 COONH4 、( CH3 COO) 2 Pb·Pb( OH) 2 ( 碱式醋酸 铅) ,HCl 等均为分析纯( 中国医药集团上海化学 试剂公司) . L-胱氨酸为生化试剂. 实验用水均为二 次蒸馏水.
1. 2 Pb / nanoTiO2 膜电极制备
纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间的 介观系统. 纳米材料以其独特的表面效应、小尺寸 效应和量 子 尺 寸 效 应 等 性 质,而 呈 现 出 许 多 奇 异 的物理、化学性质,使其在众多领域具有特别重要 的应用价值和广阔的发展前景. 本文采用阳极氧
化和恒 电 位 沉 积 法 制 备 了 Pb 纳 米 粒 子 修 饰 的 nanoTiO2 ( Pb / nanoTiO2 ) 膜电极,并由循环伏安和 计时电流法研究了 L-胱氨酸在 Pb / nanoTiO2 膜电 极上的电催化还原活性.
1 实验部分
1. 1 仪器和试剂
CHI 660A 电 化 学 工 作 站 ( USA,CH Instrument) 和 LK 2005 电化学分析系统( 天津兰力科公 司) ,HYL-A 型系列恒流 / 压源( 延吉永恒电化学仪 器厂) ,扫描电子显微镜( S-2150 型,HITACHI 有限 公司,日本) ,电镀槽为自制.
在恒 电 位 电 沉 积 Pb 过 程 中,沉 积 电 位 较 正 时,电沉积 Pb 所需时间将延长且沉积量较少,电 极活性较低;沉积电位较负时,Pb 粒子显著增大, 电沉积时电极表面甚至出现疏松针状金属晶体, 很容易脱落. 根据多次实验,得出控制沉积电压在 - 0. 02 V,所得电极综合性能最佳.
(1. 安徽师范大学 安徽省功能性分子固体、分子基材料重点实验室,化学与材料科学学院,安徽 芜湖 241000; 2. 安徽阜阳职业技术学院生化工程学院,安徽 阜阳 236000)
摘要: 采用阳极氧化和恒电位沉积法制备 Pb 纳米粒子修饰的多孔 Ti 基 TiO2 ( Pb / nanoTiO2 ) 膜电极. 通过对
1. 3 电化学测试
循环伏安和计时电流测试采用三电极系统, 工作电极分别为 Pb / nanoTiO2 和 nanoTiO2 膜电极 ( 面积 0. 04 cm2 ) ,Pt 黑电极作辅助电极,参比电极 为饱和甘汞电极( SCE) . 电解液分别为不同浓度的 L-胱氨酸 + 1 mol·L - 1 盐酸溶液. 室温下测试,实验 结果由电化学工作站联用计算机作数据处理.
中图分类号: O646
文献标识码: A
L-半胱氨酸( 巯基丙氨酸) 是一种含还原性巯 基的 α-氨基酸. 在中性和弱碱性溶液中能被空气 氧化成胱氨酸. L-半胱氨酸盐酸盐现广泛应用于生 物化学和 营 养 学 的 研 究,常 被 用 作 制 备 组 织 培 养 基和食品 改 质 剂,如 面 包 改 良 剂、天 然 果 汁 抗 氧 剂. 在医药上,可用作治疗肝炎、肝中毒,锑剂中毒 的解毒 剂,特 别 可 作 为 放 射 性 伤 害 的 预 防 和 治 疗[1-2]. 目前 L-半胱氨酸的合成一般先由 a-角蛋白 水解分离出胱氨酸,再经还原得半胱氨酸. 还原可 分为化学还原法和电解还原法两种. 传统的化学 还原合成法,常采用 Sn + SnCl4 或 SnCl2 作为还原 剂,成本较高,三废较多,且质量不易保证[3-4]. 而 电解还原法则一般具有产品质量好,收率高,污染 少,成本低等优点,符合绿色化学的要求. 但电解 还原存在一个关键问题,就是需找到一个高活性, 稳定的电极. 现在 L-半胱氨酸电合成工业中,广泛 使用纯 Pb 板作阴极材料,电流效率一般不高,易 造成 Pb 污染[4-5]. 因此寻找新的电极材料是急需 解决的重要研究课题.
Fig. 3
Cyclic voltammograms of Pb / nanoTiO2 ( a ~ e) and nanoTiO2 film ( f) electrodes in L-cystine solution solution composition: a. 1 mol·L - 1 HCl ,b. 0. 1 mol·L - 1 L-cystine + 1 mol·L - 1 HCl,c. 0. 2 mol ·L - 1 L-cystine + 1 mol·L - 1 HCl,d. 0. 3 mol· L - 1 L-cystine + 1 mol·L - 1 HCl;e. 0. 5 mol·L - 1 L-cystine + 1 mol·L - 1 HCl,f. 0. 1 mol·L - 1 L-
cystine + 1 mol·L - 1 HCl,scan rate:0. 05 V·s - 1
图 4 为不同沉积时间对电极活性的影响. 从图 中可以看出,随着电沉积时间的延长( 曲线 a→c) , 胱氨酸的 还 原 电 流 逐 渐 增 大,显 示 电 极 活 性 越 来 越高. 这可能是因为随着电沉积时间的延长,较多 的 Pb 纳米粒子沉积在 TiO2 膜表面,参与电催化的 表面原子增多,从而提高了电极的电催化活性. 但 当电沉积时间过长(8 min) 时,还原电流反而显著 下降( 曲线 d) ,这可能是因为电沉积时间过长,当 Pb 载量达到一定值时,沉积在 TiO2 膜表面的 Pb 颗粒会达到饱和. TiO2 表面先被沉积的 Pb 颗粒占 据,继续沉积的 Pb 直接在先沉积的 Pb 颗粒上生 长,催化剂颗粒逐渐长大并可能导致团结,从而减 小了催化 剂 单 位 质 量 的 有 效 催 化 面 积,降 低 了 电 极的催化活性[11-12].
图 1 Pb / nanoTiO2 膜电极的 XRD 图 Fig. 1 XRD pattern of Pb / nanoTiO2 film electrode
图 2 为 nanoTiO2 ( a) 和 Pb / nanoTiO2 ( b) 膜电 极的 SEM 照片. 可以看出电氧化生成的 nanoTiO2 为一 种 均 匀 分 布 的 多 孔 膜 状 结 构,孔 径 约 为 40 nm;电沉积得的 Pb 纳米粒子较均匀地分布在多孔
图 4 不同电沉积时间下的 Pb / nanoTiO2 膜电极在 1 mol ·L - 1 HCl + 0. 1 mol·L - 1 胱氨酸中的 CV 曲线
Fig. 4
Cyclic voltammograms of Pb / nanoTiO2 film electrode in 1 mol·L - 1 hydrochloric acid( HCl) + 0. 1 mol·L - 1 L-cystine
2. 2 Pb / nanoTiO2 膜电极在胱氨酸中的循 环伏安( CV) 曲线
图 3 中可以看到 Pb / nanoTiO2 膜电极 ( 曲线 a) 在 1 mol· L - 1 HCl 溶液中出现一对氧化还原
峰,其还原峰电位在 - 0. 65 V 附近,氧化峰电位约 - 0. 38 V,这是由电极表面 Pb2 + / Pb 电对的准可逆
不同的电沉积电位和时间对比,找出了最佳电沉积条件. SEM 分析显示该膜为均匀多孔结构,Pb 纳米粒子均匀
地分散在 TiO2 膜的表面. 循环伏安和计时电流法研究了 L-胱氨酸在 Pb / nanoTiO2 膜电极上的电催化还原活性, 结果表明该电极对 L-胱氨酸的还原具有高催化活性和稳定性.
关键词: L-胱氨酸; 电催化还原; Pb / nanoTiO2 膜电极; L-半胱氨酸; 电沉积
第 16 卷 第 1 期 2010 年 2 月
电化学
ELECTROCHEMISTRY
Vol. 16 No. 1 Feb. 2010
文章编号:1006-3471(2010)01-0085-05
L-胱氨酸在 Pb / nanoTiO2 膜电极上的电催化还原
褚道葆1* ,王 峰1,2 ,肖 英1 ,张雪娇1
1) Ti 条截成所需大小,经金刚砂打磨后,依次 用丙酮,无水乙醇洗涤除油,再放入 HF 和乙二醇 (1∶ 4,by Vol. ) 的混合液中腐蚀 1 min. 表面经蒸 馏水冲洗干净后,在 NaF(0. 5% ,by mass) 、Na2 SO4 (1 mol· L - 1 ) 和 H2 SO4 (0. 5 mol· L - 1 ) 的混合液 中,恒压仪提供 10 V 的电压,以逐级升压的方法进
膜表面,粒径约 80 nm. 这与 XRD 的测试结果是一 致的.
图 2 nanoTiO2 ( a) 和 Pb / nanoTiO2 ( b) 的 SEM 图 Fig. 2 SEM photographs of nanoporous TiO2 film( a) ,Pb /
nanoTiO2 film ( b)
反应产生的:
Pb2 + + 2e -
Pb
(1)
加入 强 ,说 明 L -胱 氨 酸 在 活 性 Pb 粒 子 表
第1 期
褚道葆等:L-胱氨酸在 Pb / nanoTiO2 膜电极上的电催化还原
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图 3 Pb / nanoTiO2 ( a ~ e) 和纯 TiO2 膜电极( f) 在 L-胱 氨酸溶液中的 CV 曲线 a. Pb / nanoTiO2 膜电极 在 1 mol·L - 1 HCl 空白溶液中;b. 0. 1 mol·L - 1 L胱氨酸 + 1 mol·L - 1 HCl 溶液中;c. 0. 2 mol·L - 1 L-胱氨酸 + 1 mol·L - 1 HCl 溶液中;d. 0. 3 mol· L - 1 L-胱氨酸 + 1 mol·L - 1 HCl 溶液中;e. 0. 5 mol ·L - 1 L-胱 氨 酸 + 1 mol · L - 1 HCl 溶 液 中; f. 纯 TiO2 膜电极在 0. 1 mol· L - 1 L-胱 氨 酸 + 1 mol· L - 1 HCl 溶液中,扫速:005 V·s - 1
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