電催化體系新型納米電極的設計和應用
發(fā)布時間：2020-12-06 13:24
電催化技術因其高效、環(huán)保、易操控實施而受到能源和環(huán)境領域的廣泛關注。電催化體系既能夠完成清潔能源的轉換與存儲,又可以實現(xiàn)水污染的控制與處理,并能與光催化等體系進行耦合協(xié)同,故而擁有廣闊的應用前景。但如何篩選合適的電極材料,并通過尺寸、形貌和表面結構的設計來提升其電催化性能,仍是當前電催化領域的研究熱點和難題。針對這一問題,本文采用簡單易行的溶液法,精準調(diào)控出特定的貴金屬鉑（Pt）和過渡金屬氧化物二氧化鈦（TiO2）納米材料,將其應用于電催化產(chǎn)能和有機物去除,并深入探究其內(nèi)在機制。針對電催化氧還原反應,從商業(yè)化Pt納米多面體單晶電極出發(fā),從尺寸和晶面調(diào)控角度討論其成核與生長機理,并擴展至TiO2納米多面體單晶電極,結合晶面調(diào)控、缺陷摻雜、基底復合等對其進行綜合改性,證明其存在兩電子產(chǎn)H2O2過程以及具有電化學檢測痕量雙酚A（BPA）的潛能;同時構建基于商業(yè)化碳氈（CF）電極的原位有機芬頓體系來協(xié)同電催化降解苯酚,并對其降解機理提出新的認識。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下:1.實現(xiàn)了亞5nm超小型Pt多面體單晶的可控合成。針對商業(yè)化Pt/C粒徑、形貌不均一的問題,采用多元醇高溫還原法,選擇氯...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：110 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２?ＯＲＲ反應動力學歷程（Ｗｒｏｂｌｏｗａ法表示）｜５６］
?第１章緒論???ＨＯ�。�?〇，Ｈ?＾ｒＨ２０＆Ｃ０２??Ｈｊｆ＇０?ｋ＿ｙ°＼?Ｐ｝〇Ｈ??－－＾ｉ＾?＼＼＼?Ｍｅｔａｔ－ｆｒｅｅ?Ｐｅｒｒｔｏｎ－ｌｉｋｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??圖１．３非金屬中心原位有機芬頓體系［７５］。??１．３．３電化學傳感??電化學分析法通過測定反應物電化學性質變化對其進行定量分析，可能存在??電富集效應，可進一步提高信號強度ｍｉ。相比色譜法、分光光度法、酶聯(lián)免疫分??析法，電化學分析法設備簡單、操作方便、快捷高效、具有小型化推廣潛能。但??對化學性質相近的物質，該檢測方法的定性和定量相對來說較難，尤其是對相近??的反應超電勢，會出現(xiàn)多重反應同步進行且相互干擾，從而使得檢測失去選擇性。??為解決上述難題，可采用與其它高選擇性的技術進行聯(lián)用，如分子印跡技術，同??時提高信號響應［７８］。電化學傳感技術的核心是電極材料，主要有金屬、金屬氧化??物和碳基非金屬１７９］。自１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｎｉａ和Ｈｏｎｄａ發(fā)現(xiàn)Ｔｉ０２的紫外光響應催化電解??水現(xiàn)象，Ｔｉ０２納米材料在傳感器中研究甚廣，因其無毒性、生物兼容、抗光蝕特??點，可用于氣體傳感、化學需氧量（ＣＯＤ）光傳感和生物傳感等＠１。其中，氣體??傳感器可用于檢測Ｈ２、０２、ＣＯ、Ｈ２０和ＶＯＣｓ等多種氣體，但工作溫度較高、恢??復時間長，通過探索ＴｉＣｂ新形貌、與貴金屬和其它半導體復合可改善其性能。ＣＯＤ??傳感器通過光催化作用檢測水中溶解有機質。結合上述工作，通過修飾的納米顆??粒的表面組成，可得到高選擇性的目標成鍵，可用于電化學檢測水中污染物。??１．４存在問題和改性策略??１．４．１存在問題??目前電催化技術的電流效
?第１章緒論???體雙錐，由八個丨１０１丨面和２個｛００１｝面組成｜１１Ｑ］。??Ｃ?Ｕｇ，?ｃｒｉｔｉｃａｌ?ｌｉｍｉｔｉｎｇ?ｓｕｐｅｒｓａｔｕｒａｔｊｏｎ??Ｉ?義－？…—．??１?ｃ，?＼?＾??Ｔ?ｆ?１?ｓｉｉｉｉｉｔｙ??／：＊?：?？：；？?Ｉ??／?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?；?ｓ？ｌｆ－?］??／?ｏｆ?ａｔｏｍｓ?；?ｎｗｃｔｅａｔｉｏｎ?ｉ??Ｔｔｒｎｅ??？??圖１．５多元醇還原合成中Ｐｔ原子濃度隨時間變化圖［１呀。??１．４．?４尺寸和晶面調(diào)控??Ｐｔ晶體的電催化活性不僅取決于其比表面積，更與其表面的原子結構或排??布密切有關。前人工作表明通過減小尺寸，可提高其比表面積。Ｐｔ納米顆粒不同??晶面對各個物種的吸附和脫附能力不同，Ｓｔａｍｅｎｋｏｖｉｃ等發(fā)現(xiàn)在非吸附性ＨＣｌ〇４??電解液中，由于表面結構與〇２之間相互作用減弱，其對－ＯＨ吸附能力增強，導??致ＯＲＲ活性順序為丨１００｝面＞｛１１１丨面＞｛１１０｝面；而在吸附性Ｈ２Ｓ〇４電解液中，??晶面吸附與Ｓ０４２？的抑制作用，導致ＯＲＲ活性順序為｛１１１丨面＜｛１００｝面＜｛１１０｝??面丨２｜］。??Ｐｔ具有／＾晶體結構，且由于其高內(nèi)應變能和存在氧化刻蝕，很少能形成孿??晶結構。圖１．６顯示了常見Ｐｔ立方體、八面體、四面體及其對應的截角、過生長??和多枝結構，通過調(diào)控封端劑、溶劑極性（水相／多元醇／油胺）即可實現(xiàn)［１１｜］。在??水相中，由于還原較慢，調(diào)控可得到八面體；而多元醇具有高沸點、溶于水、溶??解極性物質能力強的優(yōu)點，且沸點、黏度、相對密度和熔點等隨分子量增加而增??力口，油胺可同時作為還原劑、溶劑和膠體穩(wěn)定劑，在多元
本文編號：2901448
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：110 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２?ＯＲＲ反應動力學歷程（Ｗｒｏｂｌｏｗａ法表示）｜５６］
?第１章緒論???ＨＯ�。�?〇，Ｈ?＾ｒＨ２０＆Ｃ０２??Ｈｊｆ＇０?ｋ＿ｙ°＼?Ｐ｝〇Ｈ??－－＾ｉ＾?＼＼＼?Ｍｅｔａｔ－ｆｒｅｅ?Ｐｅｒｒｔｏｎ－ｌｉｋｅ?Ｓｙｓｔｅｍ??圖１．３非金屬中心原位有機芬頓體系［７５］。??１．３．３電化學傳感??電化學分析法通過測定反應物電化學性質變化對其進行定量分析，可能存在??電富集效應，可進一步提高信號強度ｍｉ。相比色譜法、分光光度法、酶聯(lián)免疫分??析法，電化學分析法設備簡單、操作方便、快捷高效、具有小型化推廣潛能。但??對化學性質相近的物質，該檢測方法的定性和定量相對來說較難，尤其是對相近??的反應超電勢，會出現(xiàn)多重反應同步進行且相互干擾，從而使得檢測失去選擇性。??為解決上述難題，可采用與其它高選擇性的技術進行聯(lián)用，如分子印跡技術，同??時提高信號響應［７８］。電化學傳感技術的核心是電極材料，主要有金屬、金屬氧化??物和碳基非金屬１７９］。自１９７２年Ｆｕｊｉｓｈｉｎｉａ和Ｈｏｎｄａ發(fā)現(xiàn)Ｔｉ０２的紫外光響應催化電解??水現(xiàn)象，Ｔｉ０２納米材料在傳感器中研究甚廣，因其無毒性、生物兼容、抗光蝕特??點，可用于氣體傳感、化學需氧量（ＣＯＤ）光傳感和生物傳感等＠１。其中，氣體??傳感器可用于檢測Ｈ２、０２、ＣＯ、Ｈ２０和ＶＯＣｓ等多種氣體，但工作溫度較高、恢??復時間長，通過探索ＴｉＣｂ新形貌、與貴金屬和其它半導體復合可改善其性能。ＣＯＤ??傳感器通過光催化作用檢測水中溶解有機質。結合上述工作，通過修飾的納米顆??粒的表面組成，可得到高選擇性的目標成鍵，可用于電化學檢測水中污染物。??１．４存在問題和改性策略??１．４．１存在問題??目前電催化技術的電流效
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