电化学（中英文）

第28卷第4期封面和目次

2022, 28(4): 0-0.

摘要 ( 220 )

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纳米结构金电极上对氨基苯硫酚的电化学反应过程研究

彭辉远, 王家正, 刘佳, 于欢欢, 林建德, 吴德印, 田中群

2022, 28(4): 2106281. doi:10.13208/j.electrochem.210628

摘要 ( 628 )

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本文研究了金电极上吸附对氨基苯硫酚（PATP）的电化学行为。在0.05 mol·L^-1的硫酸溶液（pH = 1）中,从循环伏安图中可观察到PATP的不可逆电氧化峰。基于吸附PATP电化学氧化为4′-巯基-N-苯基醌二亚胺（NPQD）的反应机理,计算了电极表面PATP的覆盖度, 并在低激光功率下通过电化学表面增强拉曼光谱进行了氧化产物表征。通过电化学线性扫描伏安法及理论模拟计算,确定了PATP电化学氧化的动力学参数,即表观反应速率常数k及传递系数α,确定了生成阳离子自由基的步骤为速率控制步骤。

Fe₃O₄磁性纳米颗粒催化电化学降解土霉素的研究

应方, 许珊珊, 许燕冰, 梁苗苗, 李剑锋

2022, 28(4): 2107141. doi:10.13208/j.electrochem.210714

摘要 ( 691 )

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本研究以Fe₃O₄作为催化剂,活化过氧化二硫酸盐电化学氧化体系,改善土霉素（OTC）的降解为主要内容。通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、 X射线衍射（XRD）表征,证明水热法成功制备了150 nm左右的Fe₃O₄磁性纳米颗粒。通过对比实验证明,同时加入Fe₃O₄与施加电流时表现出优秀的OTC降解能力,经证明在过硫酸盐（PDS）浓度为4.0 mmol·L^-1,溶液初始pH值为7,电流密度j为30 mA·cm^-2, Fe₃O₄磁性纳米颗粒用量为0.1 g·L^-1,初始OTC浓度为70 mg·L^-1的条件时,60 min内OTC降解率可达88.75%,一级动力学模拟曲线的速率常数可以达到0.06069。此外, Fe₃O₄连续循环5次后,依然具有良好的稳定性。Fe₃O₄与电流的存在分别可以促进SO₄^·-和^·OH的生成。经自由基猝灭实验证明, SO₄^·-和^·OH均负责抗生素降解。

调控Pt₃Zn合金化程度改善酸性氧还原活性与稳定性

张天恩, 颜雅妮, 张俊明, 瞿希铭, 黎燕荣, 姜艳霞

2022, 28(4): 2106091. doi:10.13208/j.electrochem.210609

摘要 ( 762 )

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Pt基催化剂是氧还原反应的优良催化剂,改善其活性和稳定性是燃料电池商业化的关键。本文利用金属有机框架衍生的氮掺杂碳材料为载体,通过浸渍、冻干和简单热处理的方法合成了Pt/NC、Pt₃Zn/NC-L和Pt₃Zn/NC-H催化剂,平均粒径均在2 nm左右。在Pt中引入Zn元素引起其晶格收缩,使Pt-Pt键变短,优化了Pt与含氧中间体的结合,增强氧还原反应的活性。在高合金化程度的Pt₃Zn/NC-H催化剂上,氧还原反应的半波电位为0.903 V,较商业Pt/C正移57 mV。0.9 V下的质量活性和面积比活性分别是商业Pt/C的4.50倍和3.33倍。在O₂饱和的0.1 mol·L^-1 HClO₄溶液,0.6 ~ 1.0 V(vs. RHE)进行10000周稳定性测试,商业Pt/C的质量活性和面积比活性分别衰减25.00%和23.80%,而在Pt₃Zn/NC-H催化剂上未观察到衰减。

多尺度模拟研究溶质调控下电解液在锂金属电极上的分解机理

张滟滟, 刘越, 陆一鸣, 于沛平, 杜文轩, 麻冰云, 谢淼, 杨昊, 程涛

2022, 28(4): 2105181. doi:10.13208/j.electrochem.210518

摘要 ( 1154 )

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锂金属具有高比容量和极低的电极电势,被视为下一代高能量密度电池的理想负极材料。然而,锂金属具有很高的活性,在循环过程中会形成锂枝晶,刺穿固态电解质膜（solid electrolyte interphases,SEI）,造成电池短路,引发一系列安全问题,上述缺点极大地阻碍了锂金属的商业应用。为了解决上述问题,理解SEI的结构及其形成原理具有重要意义。在本工作中,我们采用混合从头计算和分子动力学方法（hybrid ab initio and reactive molecule dynamics,HAIR）,研究了1 mol·L^-1 LiTFSI-DME（dimethoxyethane）和1 mol·L^-1 LiTFSI-EC（ethylene carbonate）两种电解质溶液在锂金属表面的界面反应机理,模拟结果表明,在LiTFSI-DME电解液中,TFSI阴离子优先分解,而DME未见分解,所以TFSI起到了保护DME的作用。但是在LiTFSI-EC体系中,两者均发生了分解,说明EC稳定性较差,不利于形成稳定的SEI,上述模拟结果为通过电解质理性设计开发高性能电解质溶液体系奠定了理论基础。

Pt@BaSrTiO₃纳米材料的制备及其光电化学合成氨性能的研究

张静, 郭瑞霞, 浮建军, 尹诗斌, 沈培康, 张信义

2022, 28(4): 2106161. doi:10.13208/j.electrochem.210616

摘要 ( 569 )

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氨是一种重要的工业原料,也是一种潜在的绿色能源,在环境条件下利用可再生能源将氮气还原合成氨是一种有吸引力的方法,但是开发高效光电化学合成氨的催化剂仍然是一个挑战。在此,采用两步法制备BaSrTiO₃,并用管式炉煅烧将Pt纳米颗粒修饰在BaSrTiO₃上制备Pt@BaSrTiO₃。采用XRD、BET、XPS、SEM、TEM、UV-Vis和PL进行表征,分析所得催化剂的晶体结构、形貌和光学性能。研究BaSrTiO₃和Pt@BaSrTiO₃在常温常压下光电化学合成氨性能。结果表明Pt@BaSrTiO₃在-0.3 V（vs. RHE）电位下合成氨的产率为26.57 × 10^-8 mol·h^-1·mg^-1,是纯BaSrTiO₃的2倍（13.12 × 10^-8 mol·h^-1·mg^-1）。另外,Pt@BaSrTiO₃作为催化剂在-0.3 V（vs. RHE）的法拉第效率为5.43%。通过在BaSrTiO₃上修饰Pt,增加催化剂的活性位点。修饰Pt减小催化剂的带隙,可见光吸收范围增大。此外, Pt-BST异质结结构进一步增强电荷分离和转移,抑制电子-空穴对的复合从而提高电荷分离效率。这项工作为进一步设计钙钛矿催化剂来提高氨的产率提供了良好的思路。

电极形状对锂离子电池电极锂化过程的影响

孙士玮, 聂建军, 宋亦诚

2022, 28(4): 2105061. doi:10.13208/j.electrochem.210506

摘要 ( 814 )

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本文研究了锂离子电池电极形状对电极锂化过程的影响,借助实验观测和数值模拟揭示锂离子固相、液相扩散和嵌锂电化学反应的相互竞争关系。在实验中,设计了基于CCD相机的电极锂化过程原位观测实验方案,对三种不同形状（圆形、方形、三角形）电极的锂化过程进行实时观测,发现各种电极均存在锂化不均匀的现象,电极边缘锂化程度较高,而电极中心区域锂化程度较低。电极尖端曲率较大的位置更容易获得较多的锂离子嵌入,快速达到饱和,甚至发生锂枝晶沉积。数值模拟则揭示该锂化不均匀现象是电池内电场分布、电解液中锂离子浓度分布和活性材料中锂浓度分布综合影响的结果。电极形状的变化导致电解液内电场分布不均匀,使电解液中锂离子分布不均匀,最终出现锂化不均匀现象。本文揭示了电极形状对电极锂化过程的影响,增加了对锂离子电池锂离子输运、嵌入和扩散的竞争关系的理解,可为锂离子电池的设计和应用提供指导。

锑在氯化胆碱-乙二醇低共熔溶剂中的电沉积研究

王昊, 曹晓舟, 薛向欣

2022, 28(4): 2103071. doi:10.13208/j.electrochem.210307

摘要 ( 1033 )

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通过恒电位电沉积法在氯化胆碱-乙二醇（ChCl-EG）低共熔溶剂中成功制备了锑镀层。采用FTIR红外光谱和拉曼光谱分析了ChCl-EG低共熔溶剂内部的微观结构,采用循环伏安法研究了扫速、温度、浓度对Sb³⁺在ChCl-EG中的伏安行为的影响以及电化学还原规律。同时,采用计时电流法研究了Sb(III)在ChCl-EG中的电化学电结晶规律,采用SEM和XRD对电沉积产物进行表征。研究结果表明,ChCl-EG中存在大量氢键,并且Sb(III)的加入不会破坏ChCl-EG原有的分子结构;温度升高和增大浓度时Sb的沉积所需的过电位减小;343 K时Sb在钨电极上的成核方式为三维瞬时成核,施加沉积电位是Sb(III)发生电还原的主要驱动力,随着施加沉积电位的变化,电沉积产物的形貌发生变化。

电解乙酰基吡嗪废水中的硫酸铵制备过硫酸铵的研究

王怡捷, 钮东方, 张新胜

2022, 28(4): 2106101. doi:10.13208/j.electrochem.210610

摘要 ( 667 )

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乙酰基吡嗪是一种重要的香料,也被应用于生物、医药等领域。在生产乙酰基吡嗪的过程中会产生含过硫酸铵、Fe³⁺、吡嗪及大量硫酸铵的废水。基于此,本研究拟利用电解法将其中的硫酸铵转化为经济效益较高的过硫酸铵。以铂电极为阳极,石墨电极为阴极,首先在无其他组分干扰的情况下对电解法生产过硫酸铵的工艺条件（如阳极液组成、电流密度、温度等）进行了探索,在阳极液（50 g）含37wt%硫酸铵、15wt%硫酸、0.06wt%硫氰酸铵,阴极液含25wt%硫酸,电流密度为8000 A·m^-2,阳极液温度为30 ^oC,通电量为2 A·h的优化条件下,生成过硫酸铵达到15.83wt%时,电流效率高达89.56%。然后探究了废水中Fe³⁺和吡嗪对电解的影响,并根据乙酰基吡嗪废水的成分配制模拟废水以考察预处理效果。向模拟废水中添加氨水至pH值约为7可使Fe³⁺浓度降至2.7 mg·L^-1。使用硫酸根自由基氧化法降解模拟废水中吡嗪,当过硫酸铵浓度为0.65 mol·L^-1时,降解率可达98.43%。最后,以预处理后的乙酰基吡嗪实际废水为阳极液进行电解,电流效率达85.21%。证明了乙酰基吡嗪废水中硫酸铵电解制备过硫酸铵的可行性。

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