电化学（中英文）

第23卷第2期封面和目次

2017, 23(2): 0.

摘要 ( 639 )

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Pt-skin的Pt基双金属电催化的氧还原设计

张斌伟, 王云晓, 徐燕斐, 刘华坤, 窦士学

2017, 23(2): 102-109. doi:10.13208/j.electrochem.161244

摘要 ( 868 )

PDF (2230KB) ( 1113 )

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过去几十年，能源储存转化领域取得重大的进展. 而Pt-skin的Pt基双金属电催化剂在调控电催化剂的电子结构具有巨大的前景，特别是对于氧还原反应而言. 本工作主要综述了最近几年关于Pt-skin的Pt 基双金属电催化剂的设计制备，以及其性能. 本文的主要重点在于系统的综述了Pt-skin的Pt 基双金属电催化剂的合成方法，以及其对于氧还原反应的机理研究.

模板辅助合成氮掺杂的多孔碳基氧还原电催化剂的研究进展

牛文翰, 黎立桂, 陈少伟

2017, 23(2): 110-122. doi:10.13208/j.electrochem.161242

摘要 ( 841 )

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氮掺杂的多孔碳材料有望能取代当前普遍应用于质子交换膜燃料电池和金属-空气电池阴极中的贵金属氧还原催化剂，因而备受关注. 模板辅助合成技术作为一种可靠、通用的方法已经在多孔碳电催化剂的制备中得到了广泛的应用. 在碳基ORR电催化剂中，其ORR活性受到诸多因素的影响，如掺杂剂的浓度及其在碳上的分子掺杂态、孔洞结构、比表面积以及碳基材料的导电性等. 本文对近期氮掺杂多孔碳电催化剂的设计、制备、功能化及其在氧还原电催化中的应用研究进展进行了总结，同时展望了模板辅助合成法的一些发展趋势.

免疫检测及核酸分析中的电化学方法

祖延兵

2017, 23(2): 123-129. doi:10.13208/j.electrochem.161248

摘要 ( 1325 )

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文介绍电化学方法在免疫检测及核酸分析中的应用. 鉴于有关方面的文献综述已有多篇，这里着重于已经商品化和临床应用的电化学分析技术. 希望从这些成功地应用于体外诊断的方法中得到一些启示，并提出作者个人对于该领域研究前景的看法.

乙腈/碳酸氢钠溶液混合物电嫁接叔丁氧羟基-乙二胺

Hisham Hamzah,Guy Denuault,Philip Bartlett,Aleksandra Pinczewska,Jeremy Kilburn

2017, 23(2): 130-140. doi:10.13208/j.electrochem.161241

摘要 ( 1325 )

PDF (1264KB) ( 814 )

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碳电极表面的伯胺电嫁接被广泛地应用于电极表面改性. 本文通过比较发现，在比例为4:1的乙腈和0.1 mol•L^-1 碳酸氢钠溶液混合物中，玻碳电极表面嫁接上叔丁氧羟基-乙二胺的效率比在单纯的乙腈中显著提高. 有碳氢酸钠存在时，循环伏安测得电极的初始电流增大，表明电极表面胺嫁接层的形成更快速，从而使得电极表面更容易钝化，导致乙二胺-叔丁氧羟基膜层更严重地阻碍[Fe(CN)₆]^3-. 的反应. 通过去除叔丁氧羟基保护层，在蒽醌-2-羧酸上接自由胺，可获得较高的蒽醌表面覆盖度. 采用简单动力学模型模拟了电嫁接反应，结果表明，模拟得到的循环伏安曲线与实验测得的循环伏安曲线相一致. 对比在单纯乙腈和乙腈/碳酸氢钠溶液混合物中模型拟合得到的参数值可知，胺自由基与碳表面的反应和在均相溶液中的反应相互竞争，更有利于乙腈与碳氢酸钠的表面反应.

基于电化学阵列计时电流数据对纳米颗粒或电化学活性纳米组分的分布重构

Alexander Oleinick, Oleksii Sliusarenko, Irina Svir, Christian Amatore

2017, 23(2): 141-158. doi:10.13208/j.electrochem.161245

摘要 ( 672 )

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本文主要阐述和考察了一种简单的基于时间相关的电化学阵列计时电流响应数据来重构概率密度分布（f(ρ)）的数学和数值方法，并应用于表征平面导体电化学惰性表面存在的或沉积的电化学活性或电催化纳米组分的分布，建立了适用于三种阵列（一种周期性分散和两种随机分散）涉及近球形纳米组分在平滑表面分散的数学和数值有效方法. 而这三种阵列代表了大多数应用于分析或电催化的二维实验电化学纳米阵列.本文建立的重构步骤易于通过大多数商业数学程序来实现, 尽管方法简单，但允许恢复的概率密度精度很高, 即使是可利用的实验获得的时间范围太短时也能严格应用，因此，完全适合于大多数实验过程.

用于电化学水氧化的铁、镍、钴金属及其二元金属纳米颗粒比较研究

Maduraiveeran Govindhan, Brennan Mao, 陈爱成

2017, 23(2): 159-169. doi:10.13208/j.electrochem.161247

摘要 ( 1210 )

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从环境兼容角度来设计应用于氧析出反应的电催化剂是否有效、耐用和廉价对能源转化过程至关重要. 本文报告了一种快速制备低成本、原料丰富的金属催化剂制备方法。通过一步电化学沉积法在钛金属基材上制备了铁、镍、钴金属及其钴镍、钴铁二元金属纳米颗粒. 采用场发射电子显微镜 (FE-SEM), 能量散射X-射线能谱 (EDX), X-射线衍射光谱 (XRD), X-射线光电子能谱 (XPS)和电化学技术对制备的不同纳米颗粒进行了表征. 电化学结果显示，在合成的五种钛基金属纳米催化剂中, 钛基上沉积钴金属纳米颗粒(Ti/Co)电极在0.l mol·L^-1氢氧化钾溶液中氧析出反应的电催化活性最好，0.70 V(相对于银/氯化银电极)的电流密度为10.0 mA·cm^-2. 经优化后Ti/Co电极的过电位(η)很小，当电流密度为10.0 mA·cm^-2时η为0.43 V，质量活性高达105.7 A·g^-1，逆转频率(TOF)值为1.63×10^-3 s^-1, 这些与当前最好的碳载铂(Pt/C)和氧化钌(RuO₂)电催化剂的性能相当. 此外，通过计时电位技术对优化后Ti/Co电极的耐久性进行了测试, 发现该电极在碱性溶液中氧析出反应的稳定性良好. 本工作制备的钛金属基材上电化学沉积金属钴纳米颗粒具有高催化活性、高稳定性、原料来源丰富、廉价且易于大规模生产，在工业化水分解领域具有潜在的应用前景.

Nafion含量与阴离子吸附对于铂单原子层核壳结构催化剂制备的影响

杨莉君，Dustin Banham, Elod Gyenge，叶思宇

2017, 23(2): 170-179. doi:10.13208/j.electrochem.161243

摘要 ( 1104 )

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本实验利用铜的欠电位沉积技术，在旋转圆盘电极上以碳负载的钯纳米颗粒为核，制备铂单原子层核壳结构催化剂. 电化学测试用于表征不同Nafion含量的添加对于核壳结构催化剂制备的影响. 实验证明，Nafion的存在会影响铜的欠电位沉积，铂与铜的置换反应，并决定最终制备的核壳结构催化剂的氧还原催化反应的活性. 当催化剂薄层中Nafion的含量低于5%的时候，添加Nafion不但可以帮助催化剂附着在旋转圆盘电极表面，而且可以保证制备的催化剂具有较好的氧还原反应催化活性. 在H₂SO₄溶液中，钯纳米颗粒的表面存在特殊的阴离子吸/脱附电化学信号峰，这些信号峰可以用来监测Nafion含量对于铂单原子层核壳结构催化剂制备的影响.

绿色电化学水分解法制备臭氧: 机理研究

Gregory Gibson, 林文锋

2017, 23(2): 180-198. doi:10.13208/j.electrochem.161252

摘要 ( 1090 )

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采用电催化剂通过水分解反应形成臭氧的绿色节能方法为常规耗能量大的冷电晕放电提供了非常具有吸引力的替代方法. 在大量研究的用于电化学合成臭氧的电催化剂中，β-氧化铅（β-PbO₂）和氧化锡（SnO₂）基催化剂在室温下最有效. 本工作通过密度泛函理论计算，研究了上述两种催化剂作用下臭氧的形成机制.两种催化剂β-PbO₂和镍/锡掺杂氧化锡（Ni/Sb-SnO₂）的(110) 晶面最稳定. 故作者特别关注β-PbO₂(110) and Ni/Sb-SnO₂(110)表面发生的最后两步反应，即氧气和臭氧的形成，模拟了可能的水分解机理. 结果表明，在β-PbO₂催化剂的作用下，臭氧是遵循 Eley-Rideal机理形成，与在 Ni/Sb-SnO₂,表面臭氧的形成机理相反，后者是通过Langmuir-Hinshelwood 机理形成. 将β-PbO₂主要模拟为固-液相，Ni/Sb-SnO₂主要模拟为气相，计算得到吸附能(E_ads)、吉布斯自由能(ΔG)和活化能(E_act)等热力学参数值，并进行了分析与比较. 这些结果为设计和研发新型的高电流效率电化学制臭氧用催化剂提供了依据.

铂合金纳米立方块催化剂的氧还原反应活性比较

汤永安, 代琳, 邹受忠

2017, 23(2): 199-206. doi:10.13208/j.electrochem.161249

摘要 ( 1047 )

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氧还原反应是质子交换膜燃料电池和金属-空气电池的重要反应，贵金属铂（Pt）与元素周期表中第一排的非贵过渡金属（M）形成铂合金催化剂（PtM）可以提高氧还原反应活性. 但是，有关活性的提高有多大程度上是来自合金元素的贡献却仍然存在争议. 为了研究合金元素对PtM催化活性的影响，本工作合成了颗粒形状与合金元素含量相似的铂锰（PtMn）, 铂铁（PtFe）, 铂钴（PtCo）和铂镍（PtNi）纳米立方块催化剂，并考察了不同铂合金催化剂在酸性介质中的氧还原反应活性. 选择制备立方块形状纳米颗粒催化剂进行比较，可以将颗粒表面结构对催化活性的影响降到最小. 结果表明，氧还原反应活性与铂d-带中心值曲线呈现火山形关系，其中PtCo纳米立方块催化剂的活性最高. 本文所得到的实验结果与基于d-带理论框架已知表面的密度泛函理论计算结果一致.

石英纳米通道单磷脂囊泡的电阻-脉冲分析方法

Jonathan T. Cox, 张波

2017, 23(2): 207-216. doi:10.13208/j.electrochem.161250

摘要 ( 974 )

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本文报告了用于检测单囊泡及其粒径分析的石英纳米通道电阻-脉冲分析方法. 采用圆柱形石英纳米通道可检测粒径为100~300 nm的单磷脂囊泡和直径为170~400 nm的聚苯乙烯纳米颗粒. 单囊泡和纳米颗粒的迁移可通过检测各自产生的方波电流脉冲信号, 并由此确定颗粒尺寸. 结果表明，采用石英纳米通道电阻-脉冲分析方法得到的颗粒/囊泡粒径与采用动态光散射法和扫描电子显微法得到的结果完全一致. 这种基于电子的分析方法具有快速简单的特点，所用的自制微传感器廉价耐用. 石英通道的应用还可与其它分析方法如电流分析法和荧光显微法联用，以获得生物囊泡及人工囊泡更完全的信息.

硫化镍/三维网络石墨烯复合材料制备及其在高性能超级电容器的应用研究

王晓敏, 窦湟琳, 田真, 张久俊

2017, 23(2): 217-225. doi:10.13208/j.electrochem.161246

摘要 ( 981 )

PDF (2236KB) ( 768 )

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本文在泡沫镍上生长三维网络状结构的石墨烯（3DG），以此为模板合成石墨烯复合电极并将其应用于超级电容器. 采用一步水热法在3DG上合成得到Ni₃S₂纳米棒结构（Ni₃S₂/3DG）. 通过TEM、XRD、SEM和拉曼光谱等手段表征对Ni₃S₂/3DG复合材料的形态与结构进行表征. 电化学测试表明，Ni₃S₂/3DG复合材料具有高的比电容（在扫速为5 mV·s^-1下，具有1825.3 F·g^-1的比容量）和放电电容（在电流密度10 mA下电容高达516.7 F·g^-1）. 此外，在电流密度20 mA下具有良好的循环性能（循环1000周后仍能保留约100%的初始电容）. 本工作为得到高能量密度和良好的长期稳定性的复合材料提供了参考.

通过磁控溅射金属钛生长金红石型二氧化钛纳米片阵列应用于钙钛矿太阳能电池

张囡，叶美丹, 温晓茹, 林昌健

2017, 23(2): 226-237. doi:10.13208/j.electrochem.161251

摘要 ( 1156 )

PDF (3702KB) ( 778 )

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本文首次通过磁控溅射方法，在FTO表面溅射一层Ti金属层，结合水热反应，原位生长TiO₂纳米片阵列（TiO₂ NSAs）. 经过退火处理，Ti金属层转变为致密的TiO₂层，因此基于此方法制得的金红石型TiO₂ NSAs与FTO基底具有很强的结合力. 与通过原子层沉积 (ALD) 以及悬涂 (SC) 法所得的另外两种TiO₂致密层生长的TiO₂ NSAs对比发现，基于本文所述方法制备的TiO₂ NSAs作为支架层的钙钛矿太阳能电池具有最佳性能. 上述结果主要是由于该TiO₂ NSAs无明显缺陷，并且在TiO₂ NSAs/TiO₂致密层/FTO界面接触很好. 值得注意的是，通过优化实验条件，基于此种TiO₂ NSAs的钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率可达11.82%.

在TiO₂纳米阵列上电沉积RuO₂用于CO₂电还原

蒋孛, 张莉娜, 秦先贤, 蔡文斌

2017, 23(2): 238-244. doi:10.13208/j.electrochem.161253

摘要 ( 1054 )

PDF (974KB) ( 785 )

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传统上，RuO₂/TiO₂复合电极制备是通过在TiO₂/Ti基体上多次涂覆含Ru前驱体溶液和随后热分解（TD）来实现的. 为克服上述方法中Ru用量大和利用率低之不足, 本工作主要基于循环伏安法（CV）在TiO₂纳米管阵列（TNA）上电沉积RuO₂制备RuO₂^CV/TNA复合电极. SEM、GIXRD和CV结果表明，电沉积的RuO₂为无定型结构, 所制备电极中的Ru用量约为传统的RuO₂^TD/TNA电极中Ru用量的1/30. 尽管两电极催化CO₂还原产物的法拉第效率接近, 但是RuO₂^CV/TNA电极比RuO₂^TD/TNA电极展示了更高的还原电流, 较正的初始还原电位和更好的稳定性. 与磷酸盐缓冲溶液中电还原CO₂相比，RuO₂^CV/TNA电极在0.1 mol•L^-1 KHCO₃中电还原CO₂除生成更高法拉第效率的甲酸根和甲烷外，还检测到CO的生成.

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庄林

2017, 23(2): 245-246. doi:10.13208/j.electrochem.161254

摘要 ( 745 )

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