一、关于电极溶液界面电位差公式的热力学推导(论文文献综述)
林育玲[1](2021)在《熔盐电解法制备MoS2以及金属氧化物@MoS2对铀的高效富集及机理研究》文中研究表明本文通过熔盐电解法法制备片状和花瓣状MoS2,以及进一步制备Mn2O3@MoS2、Fe3O4@MoS2复合材料。主要研究了MoS2、Mn2O3@MoS2和Fe3O4@MoS2吸附剂的晶型结构、微观形貌、表面电位、铀酰离子的吸附性能、多离子选择性吸附以及可再生性能。当pH值在3.0~6.0时,纳米片和纳米花MoS2的吸附量随着pH值的增加而增加。pH值为6.0时,纳米片和纳米花MoS2的最大吸附量分别为45.7 mg·g-1和37.1mg·g-1。吸附等温线符合Langmuir模型,吸附动力学数据符合准二级动力学模型,表明铀酰离子在MoS2上的吸附本质上是一个单层化学吸附过程。热力学数据表明该吸附过程是自发的吸热过程。实验和理论研究表明,吸附主要是由U 4f电子与S 2s电子的键合引起的,与S 2p离子相比,Mo 3d对铀酰离子的化学吸附能力更强,为二硫化钼作为吸附材料的进一步探索奠定了实验和理论基础。Mn2O3@MoS2和Fe3O4@MoS2复合材料的表征结果表明,Mn2O3@MoS2和Fe3O4@MoS2仍呈现MoS2原本的晶体结构。同时,控制pH、时间、温度、浓度等吸附实验条件,探究其吸附效果。结果表明该吸附过程为自发吸热,吸附为单分子层吸附,且化学吸附占主导。同时得出,Mn2O3@MoS2和Fe3O4@MoS2复合材料吸附铀的最佳pH值均为5.5,Mn2O3@MoS2吸附铀的平衡时间为90 min,最大理论单层吸附量147.38 mg·g-1,Fe3O4@MoS2复合材料吸附铀的平衡时间为240 min,最大理论单层吸附量151.65 mg·g-1。复合材料对铀的吸附性能优于二硫化钼,在晶体结构上比Mn2O3和Fe3O4更具有优势。采用1 mol/L Na2CO3溶液能有效洗脱吸附剂表面上的铀,经过重复使用之后,Mn2O3@MoS2复合材料对U(VI)的吸附量仅下降了15.24%。在含有Ce3+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、UO22+和Zn2+多种离子存在的情况下,Mn2O3@MoS2复合材料显现出对U(Ⅵ)优越的选择性。Fe3O4@MoS2复合材料对U(VI)的吸附量仅下降了18.85%。在含有Ce3+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、UO22+和Zn2+多种离子存在的情况下,Fe3O4@MoS2复合材料显现出对U(Ⅵ)优越的选择性。本文探究了Mn2O3@MoS2、Fe3O4@MoS2复合材料对铀吸附能的研究,研究结果表明,复合材料的化学性质稳定,且有效提升了MoS2去除水溶液中U(VI)的性能,为二硫化钼及其复合材料作为吸附材料的进一步探索奠定了实验和理论基础。
练成,程锦,黄盼,陶浩兰,杨洁,刘洪来[2](2021)在《新能源化工热力学》文中认为电化学中能源存储与转换技术等新能源技术是目前人类能源系统的重要技术组成部分,涉及多种物理化学过程,通过热力学的理论与模拟计算的方法对其进行研究,可以高效率地解决新能源的储存、释放和转化过程中的绝大部分问题。本文通过梳理总结国内外关于理论计算方面热力学在电化学领域的研究成果,对热力学的研究进行分类并对其性质、优缺点、适用范围等进行了详细介绍。本文介绍了电化学能源存储与转换领域的经典热力学、分子与统计热力学、非平衡态热力学、高通量计算与机器学习对于热力学研究的辅助。通过非平衡态热力学解决电化学问题是当下的发展方向与趋势。而伴随计算机技术的发展,机器学习则是未来该领域一个很有前景的研究方法。希望该综述对热力学在电化学领域的进一步研究和技术发展发挥一定的参考作用。
何林[3](2021)在《应用ZrO2固体电解质电池研究Na3AlF6基熔盐中Si的电沉积》文中研究指明传统冶金工业是能源密集型、高成本、高消耗行业,随着绿色可再生能源研发的不断发展,清洁高效的电化学冶金新技术将发挥越来越重要的作用。硅是信息、新能源和新材料产业中最基本的功能性材料。但目前高纯硅生产的高成本限制了这些行业的快速发展。熔盐中电沉积工艺可直接从硅的氧化物中制备单质硅及合金,具有操作简单、工艺流程短、能耗低、环境污染小等优点而受到广泛关注。Na3AlF6体系由于其对自然界大量存在的SiO2有较高的溶解度以及在铝电解中的成功应用,成为人们期望的一种较为理想的绿色制备Si的电解质体系。本文利用8 mol%Y2O3全稳定的ZrO2固体电解质(YSZ)管集成构建Pt,O2(air)│YSZ作为参比、辅助电极的三电极新型电解池,在Na3AlF6基熔盐的挥发性以及Pt,O2(air)│YSZ参比电极的稳定性检测基础上,采用Ir丝作工作电极在1323 K下对Na3AlF6基熔盐体系进行循环伏安、计时电流等电化学测试,并结合热力学理论计算、扫描电镜观察及能谱分析,在完全无碳条件下研究了Na3AlF6基熔盐中有关金属(合金)在阴极上的电沉积规律和Si(Ⅳ)的电化学还原行为,并探讨了熔盐对YSZ管的侵蚀机理。主要结论如下:(1)对熔盐的挥发性检测,发现Na3AlF6-5%SiO2熔盐每小时的挥发率为1.8%,添加5%Al2O3后变为0.9%,添加Al2O3可以明显抑制熔盐的挥发。对Na3AlF6基熔盐进行长达2小时以上的开路电位测试,发现Pt,O2(air)│YSZ参比电极在该熔盐体系中可逆性、稳定性和重现性好,响应快,具备作为参比电极的特点。(2)在Na3AlF6-5%SiO2熔盐中,发现存在两种复合Si(Ⅳ)的还原峰,两种复合Si(Ⅳ)离子都是单步骤4电子转移的不可逆过程,其中第一种复合Si(Ⅳ)还原峰在循环伏安曲线上不明显,第二种复合Si(IV)的电极反应过程受扩散控制,还原产物Si不可溶。其在循环伏安曲线上的还原峰电位在-1.6-1.7 V之间,电荷传递系数α在0.210.39范围,Si(IV)扩散系数在10-7 cm2·s-1数量级。Al、Na、Zr等合金化沉积电位负于-1.8 V,且沉积电位依次负向增大。在-1.8 V或-2.0 V恒电位下电解,还发现有Si4Zr5(s)金属化合物颗粒生成,其生成电位在-1.7-1.8 V之间。沉积的Si、Al、Na金属主要来源于Na3AlF6-SiO2熔盐本身产生的含氧化合物;而沉积的Zr源于Na3AlF6基熔盐对YSZ管的侵蚀产生的ZrO2。有关沉积产物的析出电位与热力学计算较为吻合。(3)Na3AlF6-5%SiO2-5%Al2O3熔盐中Si在电极Ir上只能以Si-Ir合金还原,且也发现了两种复合Si(Ⅳ)的还原峰,两种复合Si(Ⅳ)离子都是单步骤4电子转移的不可逆过程,其中第一种复合Si(IV)的电极反应过程受扩散控制,其在循环伏安曲线上的还原峰位在-1.5-1.7 V之间,电荷传递系数α在0.340.72范围,Si(IV)扩散系数在10-7 cm2·s-1数量级。在-2.0V恒电位下电解,还发现有Si4Zr5(s)金属化合物颗粒生成,但是没有发现与Al和Na相关的产物。(4)在冰晶石基熔盐中,YSZ管主要受到三方面侵蚀,一是熔盐对YSZ管的化学反应侵蚀(即立方相ZrO2中的稳定剂Y2O3被熔盐化学浸出),导致降温过程中ZrO2从立方相到单斜相的转变,并伴随体积膨胀和YSZ管的脆裂;二是熔盐对YSZ管内壁的物理溶解;三是由于侵蚀作用ZrO2以颗粒的形式从YSZ管内壁剥落进入熔盐。在纯Na3AlF6中添加5%的SiO2可减轻YSZ管的侵蚀,而继续添加5%的Al2O3则加剧对YSZ管的侵蚀。外加适当负电位能够减轻熔盐对YSZ管的侵蚀,但外加电位过于负向将导致ZrO2被电化学还原,加剧YSZ管的侵蚀。基于上述侵蚀分析,提出了后续研究中减轻或完全阻止冰晶石熔盐对YSZ管侵蚀的对策。
闫红林[4](2021)在《近表面微观结构对国产核用304不锈钢高温水腐蚀行为的影响》文中提出核电与水电、火电并列为世界能源的三大支柱,在世界能源结构中占有重要地位。作为一种清洁、可靠和高效的能源,核能不仅成为人类可使用的重要能源,也是人类应对能源危机及全球气候变化的重要手段。核电站的长期、安全与稳定运行强烈依赖于结构材料的使役行为。经验表明,腐蚀是导致核电结构材料发生失效的主要原因之一。腐蚀通常仅发生在材料近表面范围内。因此,近表面微观结构对核电材料的腐蚀行为有着重要影响。加工工艺是导致材料微观结构尤其是近表面微观结构变化的主要原因之一。经过机械加工之后,材料近表面形成加工变质层。如果在加工过程中采用了不当的加工工艺,就会在材料内部引入不恰当甚至是有害的微观结构,这将直接影响材料在后期高温水中的服役性能。此外,对于堆内构件和一回路结构件,其在服役过程中还不可避免地受到中子辐照的影响。辐照主要导致原子离位损伤进而造成组织结构发生变化,例如硬化、元素偏析、形成沉淀析出相等,或产生辐照分解产物导致材料的腐蚀电位升高,进而加速腐蚀过程。本论文以核用304不锈钢为研究对象,分别研究表面切削加工和辐照作用对材料近表面微观结构的影响,并进一步研究微观结构改变对其在高温水中腐蚀行为的影响。从表面车削加工进给量、切削速度、切削深度等三个主要变量出发,选取七种具有不同加工参数的样品对其表面形貌、变形结构、加工硬化、残余应力等进行了详细表征,发现车削加工工艺参数能显着影响材料近表面微观结构。即使表面粗糙度相近的样品,由于所采用的加工工艺参数不同,其近表面微观结构也会存在很大差别。工艺参数变量对近表面加工影响区的影响大小顺序为:进给量>切削深度>切削速度。进给量较大的样品加工影响区较大,低转速的样品加工影响区也较大,而降低切削深度,加工影响区也随之增大。车削加工在材料近表面产生几百微米深的梯度结构。其中,表层几微米范围内为纳米晶区;其次为晶粒畸变区。加工影响区有大量变形带和位错结构。变形带由机械孪晶和层错构成。车削加工样品近表面几十微米范围内存在残余应力。在近表面几微米范围内,存在残余拉应力,之后转变为残余压应力并逐渐减小为零。研究了表面车削加工样品在高温水环境中的腐蚀及应力腐蚀行为。研究发现,在表面加工影响区以内,随着深度的增加,腐蚀程度降低。距离表面相同深度位置上,沿着变形带的腐蚀速率高于晶界处腐蚀速率,并且都明显高于相同深度范围位置上的平均腐蚀速率。近表面不同微观结构(纳米晶、变形带等)的腐蚀速率相差可达两个数量级。在溶氧高温水环境下长期腐蚀之后,车削加工样品表面开始萌生裂纹。应力腐蚀裂纹萌生于表面凹陷处,并沿着变形的晶界向材料内部扩展。分析表明残余拉应力促进了裂纹的萌生和扩展,而近表面的残余压应力在一定程度上抑制了裂纹的进一步扩展。采用3.5 MeV的Fe离子辐照国产核用304不锈钢,辐照剂量为3.05× 1015 ions/cm2 和 1.55× 1016 ions/cm2(模拟计算的峰值处损伤约为 3.2 dpa、16dpa)。利用正电子淹没、透射电镜表征了辐照材料内部的缺陷情况。利用纳米压痕表征了材料的辐照硬化现象。结果表明,弗兰克位错环是辐照产生的主要缺陷,其密度约为1022 m-3,尺寸范围在几纳米到几十纳米之间。两种辐照剂量下辐照产生的缺陷特征有所不同,高剂量下辐照导致位错环尺寸变大而数量密度减小。辐照在材料内部产生明显的硬化现象,并在几个dpa剂量范围内趋于饱和。两种剂量下材料硬度分别增加55%、71%。不可动弗兰克位错环是材料硬化的主要原因。此外,研究还发现辐照缺陷特征会影响理论计算的评估结果。研究了辐照样品在高温水环境中的腐蚀行为。发现辐照导致材料形成的氧化膜更加不均匀。辐照产生的缺陷导致离子扩散过程加速,进而形成的氧化膜保护性变差且不连续。同时,溶质原子溶解增加,导致氧化物颗粒数目减少而尺寸变大,整体表现出腐蚀加速现象。此外,辐照样品表现出明显的沿晶腐蚀行为,并且在高剂量下沿晶腐蚀程度进一步加重。分析认为,辐照样品的晶界结构在腐蚀过程中发生了变化,这可能是导致腐蚀过程中晶界发生迁移及沿晶腐蚀加重的主要原因。车削加工和辐照作用对材料腐蚀行为的影响均是通过改变材料近表面微观结构实现的。辐照作用主要是影响材料在高温水中的沿晶腐蚀行为。相比之下,车削加工导致材料近表面微观结构变化更大,车削加工样品在高温水中不仅存在沿晶腐蚀,还有变形带处的择优腐蚀,而表面缺陷和局部应力集中的地方还可能导致应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。
黄琳琳[5](2021)在《网状钛基DSA电极构建及电催化降解苯酚性能与机制研究》文中提出电催化氧化系统性能的提升是电化学水处理技术的研究热点,而电极系统的催化活性、稳定性和传质性能是最重要的特性,且均与电极结构和材料密切相关。形稳电极(Dimensionally Stable Anode,DSA)以其较好稳定性得到广泛的关注,Ti/SnO2-Sb作为DSA的一种因其较好的电催化活性成为了电催化领域研究热点。本文以网状钛(Ti)基电极电催化降解苯酚的性能及机制研究为主要内容,从网状钛基体对Ti/SnO2-Sb电极性能的影响与作用机制、网状二氧化钛纳米管(M-TiO2-NTs)基体对Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb电极稳定性和催化性能影响、网状Ti阴极对污染物传质及转化过程的影响等开展了系统研究,并对网状Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb阳极和网状阴极组成的电催化体系促进苯酚降解机制展开了深入研究。使用网状钛金属代替传统的平板钛金属作为制备Ti/SnO2-Sb电极的基体,深入分析了网状钛基体金属阳极性能的特点与优势。与平板钛基体金属阳极相比(P-Ti/SnO2-Sb),使用钛网金属制备的网状钛基体二氧化锡电催化电极(M-Ti/SnO2-Sb)表面裂纹少且形貌较致密,具有较低的电荷转移内阻(9.49Ω)、较大的活性表面积(74.88 cm2)以及较高的电极表面吸附氧含量(17.41%),这些特性促进了M-Ti/SnO2-Sb产生更多的?OH。COMSOL模拟结果表明:网状的基体结构强化了M-Ti/SnO2-Sb电极附近流体的扰动,促使系统传质系数提高,是P-Ti/SnO2-Sb时的1.67倍。在电流密度为10 m A/cm2时,M-Ti/SnO2-Sb降解苯酚的TOC去除率和矿化电流效率(MCE)较P-Ti/SnO2-Sb高出21.6%和9.95%,电极寿命是P-Ti/SnO2-Sb的1.89倍。为进一步提高网状钛金属阳极的电催化效能,采用阳极氧化法在网状Ti基体表面原位合成二氧化钛纳米管阵列(M-TiO2-NTs),研究了M-TiO2-NTs基体对Ti/SnO2-Sb(M-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb)电催化性能及稳定性的影响,并与钛网阳极M-Ti/SnO2-Sb和平板钛基体的二氧化钛阵列/二氧化锡电极(P-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb)进行对比分析。结果表明,加入M-TiO2-NTs中间层后,SnO2进入M-TiO2-NTs内部及M-TiO2-NTs形成的管簇后,M-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb活性比表面积(4.03 cm2/cm2)和催化剂负载量(6.98±0.03 g/m2)均得到了提高;同时,电极的稳定性也得到了极大地提升,M-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb的加速寿命为105 h,分别是M-Ti/SnO2-Sb和P-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb的8.47和6.56倍;此外M-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb电极能够有效的降解苯酚,在电催化降解100 min后,TOC去除率可达98.2%。为进一步提高对污染物苯酚的转化效能,对比研究了平板阴极和网状阴极结构对污染物去除效果的影响,分析了各进水流速下(0、0.015、0.032、0.045和0.062 m/s)电催化系统的效能。结果表明:使用网状阴极能有效提高污染物的转化效能,间歇静态流实验中,网状阴极电催化系统降解苯酚的准一级动力学常数k较平板阴极提高了26.3%;当进水流速提高至0.062 m/s时,网状阴极电催化系统降解苯酚的k值较静止时提高了30.1%。计算流体力学(CFD)模拟结果表明:在各进水流速下,使用网状阴极能够有效的增加阳极表面及反应器内部的流速,进而提高电催化系统传质性能和污染物降解效果。电催化系统传质系数(km)与进水流速成正比,当进水流速为0.032 m/s时,平板阴极和网状阴极电催化系统的km分别为3.65?10-5 m/s和6.14?10-5 m/s,各流速下网状阴极电催化系统的km较平板阴极高约40-55%。此外,CFD模拟结果与实验结果吻合度较高,说明本文中采用的模型可以较为准确的反映系统内流体的流动情况。以网状Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb阳极和网状阴极为电极材料,构建了电催化反应器,探讨了污染物降解的机制。TiO2-NTs在网状Ti基体上呈放射状径向的三维结构提高了M-Ti/TiO2-NTs/SnO2-Sb阳极的活性表面积和析氧过电位(1.87V(vs.Ag/Ag Cl)),有效促进阳极产·OH的能力,阳极表面吸附氧含量可达28.3%;当采用网状阴极时,电催化系统的传质系数为1.25?10-4m/s,是平板阴极系统(8.92?10-5m/s)的1.40倍,提高了·OH的利用效率。本论文研究表明,电催化系统中M-TiO2-NTs/Ti/SnO2-Sb阳极较大的活性表面积和放射状径向向外延伸生长的三维结构为·OH的大量产生提供了基础,而网状阴极的使用加快了有机物和?OH传递的速度和提高了·OH的利用效率,强化了系统内的传质过程,最终共同提高了电催化反应器降解污染物的能力。
任凯[6](2020)在《基于第一性原理的二维范德华半导体异质结光催化分解水研究》文中指出为了缓解世界能源紧张和环境污染问题,氢能源被认为是新一代清洁能源,因为它燃烧后的产物就是水。同时,太阳能的利用率普遍较低,而且太阳具有非常高的能量,所以利用太阳光来激发催化剂分解水制氢是非常必要的。相比于块体半导体材料的光催化剂,二维(2D)半导体具有更优越的性能,因为2D材料具有较大的比表面积,可以延长光生电荷的寿命。但是光生电子和光生空穴一起聚集催化剂表面,又会相互影响并重新复合。所以,具有II型能带结构的2D半导体异质结,可以有效地分离光生电子和空穴,这样就使得氧化和还原反应分别在两层进行,从而进一步延长光生电荷的寿命。所以研究2D半导体异质结作为分解水的光催化剂具有重要意义。目前已经有大量的2D材料已经被预测或者制备合成,例如石墨烯、二硫化钼、蓝磷、砷稀等,这些2D材料还具有非常优异的物理和化学性质,使得它们在光电、热电、催化以及纳米器件中的应用非常具有前景。此外,计算机硬件发展迅速,并且数值计算方法也不断被完善,很多科研工作者已经开发出更加高效、可靠、精准的计算方法。其中,第一性原理计算方法主要基于密度泛函理论,被广泛的应用在纳米材料各个性质的计算中。第一性原理计算方法显示出与实验值非常接近的结果,在国内外都被广泛的应用。所以,基于密度泛函理论,通过第一性原理计算的方法对一些2D材料的性能进行预测,可以为试验工作提供理论基础,并且还可以探索2D材料的潜在应用。基于此,首先对本文所运用的基于密度泛函理论的计算方法——第一性原理计算方法进行基本介绍,阐述其到目前为止的发展与改进,包括Born–Oppenheimer近似、Hartree–Fock近似、Hohenberg–Kohn定理、Kohn–Sham方程和多种交换关联泛函等。并介绍了这些方法是如何在计算预测2D半导体异质结作为光催化剂中实现的。本文研究中,对2D材料作为光催化剂来分解水制备氢气进行了系统地研究。基于目前TMDs材料良好的可制备性,本文首先对一些基于TMDs的2D半导体异质结的几何结构、电子性质、界面性质以及光吸收特性做出理论计算。例如TMDs/BP、TMDs/GeC和TMDs/Mg(OH)2异质结。分析单层材料的能带结构和构成异质结后的最稳定的堆垛结构。紧接着研究异质结的能带结构,分析其是如何分离光生电子和光生空穴。然后计算了异质结界面的差分电荷和电势差降,随后讨论了这些基于TMDs异质结的光吸收能力。并探索了基于TMDs设计的异质结在光催化、光电和光学器件中的应用。接着,主要对一些典型的2D半导体异质结作为光催化剂分解水进行预测。在对BlueP/GeC和BlueP/SiC范德华异质结的研究中,本文考虑了BlueP/GeC和BlueP/SiC范德华异质结在不同pH的水溶液中的氧化还原的潜在能力,并分析了其光吸收性能。其次,本文还探索了外加应变对GaN/ZnO异质结的调控,通过对异质结在平面方向施加双轴应力,研究其对异质结的结合能的影响,尤其是能带边缘位置的影响,从而分析出外加应力是如何调控在不同pH水溶液下的氧化还原能力,最后还计算出外加应力对GaN/ZnO异质结光吸收性能的影响。此外,本文还基于PtS2和砷稀(Are)设计了一个具有直接Z型催化机制的异质结,分析功函数差是如何影响能带弯曲,并诱发内建电场实现Z型光催化机制,从而大大提高了分离光生电荷的效率。本文还进一步对2D半导体异质结在作为光催化剂分解水的过程中的性能,从吉布斯自由能、载流子迁移率以及能带弯曲方式进行研究,首先计算了g-GaN/Mg(OH)2异质结在分解水的时候中间产物的自由能,确定了中间产物在g-GaN/Mg(OH)2异质结上的活性位置。结果显示了g-GaN/Mg(OH)2异质结具有非常优异的OER和HER催化能力;随后计算了Janus MoSSe/GaN和Janus MoSSe/AlN异质结的载流子迁移率,本文发现MoSSe/GaN和MoSSe/AlN异质结可以明显的提高单层MoSSe的载流子迁移率,从而可大大提升光催化效率。最后,本文还研究了ZnO/Mg(OH)2异质结和g-GaN/BlueP异质结在界面处的能带弯曲方式,深度分析能带弯曲的原理是如何激发内建电场来进一步促进光生电荷的分离。最后本文主要总结了全文的结论,并概括了所有的创新点。此外,本文还对以后的工作,包括计算方法、计算内容以及实验等进行展望。
亓振莲[7](2020)在《基于双极性电极的电絮凝系统去除污染物效能及机理研究》文中指出电絮凝法具有效率高、去除污染物种类范围广、设备操作及维护简单、易于实现自动化等优势,现已成为处理废水中悬浮颗粒、可溶性无机污染物以及有机污染物等的有效方法。其中,电絮凝反应器设计方案不成熟以及过高的能耗和处理费用严重限制了它的大规模实际应用。因此,优化电絮凝反应器的设计方案以降低能耗和提高效率对于推动电絮凝系统的大规模应用具有非常重要的意义。本论文构建了一种新型的基于双极性电极的电絮凝系统,围绕其基本特性和应用性能及相关机制等方面展开了研究。主要研究内容如下:第一,针对电絮凝系统中牺牲电极的导线/欧姆连接方式导致反应器操作及维护复杂的问题,构建了一种以石墨板电极作为驱动电极,牺牲铁/铝电极作为双极性电极的新型电絮凝系统。双极性铁/铝电极在电场力驱动下发生氧化还原反应,消除了作用在牺牲电极的导线/欧姆连接问题。对双极性铁/铝电极放置角度(0,45,90)、数量(一个,两个,三个)以及几何构型(矩形、H-型,T-型)对其性能的影响进行了探讨。利用COMSOL多物理场有限元数值模拟的方法可视化地呈现出不同放置角度以及不同数量的双极性电极对溶液中电流以及电场分布的影响规律。研究表明,双极性铁/铝的电化学溶解速率更多地依赖其几何构型而不是其电化学参数,为实现系统的大规模应用提供了理论参考和潜在应用模式。第二,通过构建一种基于传统二维电极的电絮凝系统与双极性电极联合应用的新型系统,探讨了利用此新型联合应用系统处理实际市政污水的效能。以牺牲铁/铝电极作为驱动阳极,石墨板电极作为驱动阴极,在构建的联合应用系统运行10 mins时,分析了水平放置的不同组合的双极性铁/铝电极对絮凝剂产率、市政污水浊度、总有机碳(TOC),总氮及总磷去除效果的影响。研究结果表明两个双极性铁/铝电极在电絮凝系统应用能够将絮凝剂产率提高86.2%,市政污水TOC去除率提高22.7%,总磷去除率提高到1.9倍,TOC去除过程所需能耗降低53.9%,总磷去除过程所需能耗降低75.3%。双极性电极在电絮凝系统中的应用不仅有效地提高了污染物处理效率,更加有效地降低了系统能耗。这对优化电絮凝反应器设计方案和推进电絮凝系统的实际应用具有理论指导意义。第三,通过构建一种新型的基于双极性铁电极的电絮凝伴生电芬顿体系去除生物难降解抗生素磺胺。使用天然有机物腐殖酸作为螯合剂与Fe(II)/Fe(III)络合以抑制电絮凝/电芬顿耦合系统中不溶性铁氢氧化物沉淀的生成速率。溶液中腐殖酸的三维荧光光谱(FEEM)、沉淀物中腐殖酸的傅里叶红外光谱(FTIR)表明腐殖酸在电絮凝/电芬顿伴生体系中保持结构稳定。利用液相色谱-质谱(LC-MS/MS)测定了磺胺氧化降解过程中产生的中间产物,并给出了磺胺在基于双极性铁电极的电絮凝耦合电芬顿体系中可能的氧化降解路径,展示了该体系优异地氧化去除生物难降解有机污染物的性能和潜在的应用价值,为优化电絮凝反应器的设计并推动其大规模应用提供切实可行的依据。
薛佩洁[8](2020)在《双电层形成中离子溶剂化的尺寸效应研究》文中研究指明双电层是研究界面化学中非常重要的组成,存在于界面化学中的双电层结构在电极过程动力学中起着非常重要的作用。在固、液界面上出现双电层是一种十分普遍的现象。界面化学上的双电层结构,是关联电化学充放电过程动力学与电化学热力学之间的重要的桥梁。研究双电层结构的形成过程对电化学过程,如:电化学储能、电催化、电分离和电传感等都具有十分重要的研究意义。电化学石英晶体微天平(EQCM)技术是一种十分有效的原位监测技术,其具有能够在获得电化学测试参数的同时获得电极表面纳克级的质量信息优势,与法拉第定律结合,通过对电极表面的质量变化信息进行定量分析,能够定量描述双电层电容形成过程中溶剂化离子的吸附和脱附行为,为深入研究电极反应机理提供了十分有效的信息。本文使用电化学石英晶体微天平(EQCM)测试技术,在室温下对两种不同孔径的活性炭材料在五种不同体系的电解质溶液中进行原位EQCM测试,包括反荷离子大小、溶剂分子极性和离子浓度三个不同影响因素。通过对五组实验结果的定量计算分析,描述了孔径、离子尺寸和溶剂化效应对活性炭双电层超级电容器形成过程中的影响作用。在这项工作中,一个净电荷对应的单个溶剂化的一价离子。通过定量计算从电极质量变化(△m)与充放电过程中通过电极的电荷量(△Q)的斜率计算得出表观分子量(Msx),将所得的Msx与裸离子的摩尔质量进行比较,能够计算得出具体的溶剂化数(x)。结果表明,离子吸附在电极表面形成双电层的同时存在溶剂化效应。随着电极孔径的减小,溶剂化效应减弱,说明在离子吸附过程中,孔径效应与溶剂化效应同时存在。孔径效应还受反荷离子大小、溶剂分子和离子浓度的影响。反离子尺寸越大,双电层形成过程中的孔径效应越明显。溶剂分子的偶极矩越大,形成的离子-偶极键的作用力力也越大,使得孔径效应对相应的溶剂化阳离子的迁移起到更大的影响作用。在浓度较高的电解质溶液中,孔径对Li+溶剂化的影响作用增强。同时溶剂化效应也受到反离子大小、溶剂分子极性和离子浓度的影响。
夏天[9](2020)在《氨基硼烷辅助制备的细微钯基金属磷化物纳米粒子催化电解水析氢性能》文中指出电催化在清洁能源转化中起到中转站的作用,而发展电解水制氢要以研发高效且稳定的催化剂为主要推手。铂基材料无论是在酸性还是碱性环境中都具有最为高效和稳定的催化能力,与之相矛盾的是铂的低存储量导致其价格高昂,为降低电催化制氢的成本,开发非铂基高效电催化剂势在必行。本文选择了物理化学性质均与铂相近的钯基材料作为主要研究对象,试图开发出可替代铂的催化材料。由于在碱性介质中进行电解水制氢是当前最利于工业生产与应用的便捷方法之一,合成碱性条件下具有高催化活性的钯基催化剂是本文的主要研究目标。目前报道的钯基材料在碱性介质中通常表现出较强的吸附氢气的能力,导致析氢反应动力学缓慢。本文采用了甲硼烷叔丁胺络合物(BTB)为还原剂,以乙酰丙酮钯(II)[Pd(acac)2]为钯源,采用一锅法溶剂热合成钯基金属磷化物,通过对材料组分和形貌进行调控,进而对钯基金属磷化物在电化学催化析氢反应中的活性与稳定性进行研究。1.本文第三章以三苯基膦(TPP)为磷前驱体合成PdP纳米粒子,其物理表征结果显示P被成功嵌入到Pd的晶格之间,改变了PdP纳米合金表面疏松程度,Pd与P的电子间相互作用进一步促进了反应的动力学进程。经过对Pd3P0.95NPs在碱性介质中的催化性能进行测试,当电流密度为10 mA cm2时,Pd3P0.95NPs产生的过电位为75 mV,这比同等测试条件下的商业Pd/C要低185 mV。结合其物理表征结果,经计算得出Pd3P0.95 NPs的质量活性是商业Pd/C的两倍以上,这项工作表明PdP纳米材料可能是一种潜在的裂解水制氢催化剂。2.本文第四章合成了非晶态Pd-Co-P纳米合金(2.4 nm纳米颗粒),在催化碱性环境下析氢反应的过程中显示出了优越的活性,其过电位极低为14 mV,Tafel斜率为28 mV dec-1。结合其物理表征结果计算得出其质量活性为1.4 mAμg-1Pd,比商业Pd/C高出15.6倍之多。Co不仅是Pd和P形成非晶态合金的良好搭档,而且能促进P元素的还原,使金属Pd在Pd-Co-P合金中表现出更多的正电性。由于三元非晶态合金具有非晶态原子结构、Pd的电子正性以及Pd与Co之间的协同效应,这些综合因素削弱了氢的吸附能,从而加速了水的解离。本工作为构建具有非晶态形貌的三元金属磷化物以提高电催化性能提供了一种新的思路,表明钯基材料是一种很有前途的水裂解制氢催化剂。该论文有图24个,表3个,参考文献101篇
马俊英[10](2010)在《金属卟啉等化合物在界面上的电子转移研究》文中研究说明电子转移(Electron Transfer, ET)是生命活动的基本过程,生物体的大部分生命活动如血红蛋白的载氧过程,叶绿体中的光和作用,线粒体中的呼吸作用等都和电子转移过程密切相关,并且多数生命过程都是在生物膜上发生的。因此,研究生物膜上的电子转移对于认识、理解、掌握许多重要的生理过程,揭示生物体内物质和能量的代谢过程具有重要的意义。而液/液界面(Liquid/Liquid interface, L/L interface)被认为是最简单的模拟生物膜模型。另外,修饰电极的发展对一些生物分子的直接电化学行为的研究提供了条件。基于此,本文主要以生物体中一类与生命活动息息相关的生物分子—卟啉及其金属配合物为研究对象,较为系统地研究了其在模拟生物膜界面(液/液和固/液)上的电子转移过程和直接电化学行为。这对于研制新型的生物传感器也具有一定的意义。随着科学技术的飞速发展及各学科间的相互渗透,界面化学的研究也会遇到越来越多的挑战和机遇,而更多精密技术和更合理方法的应用,必将为人类认识自然开拓更广阔的前景。本文结合Bard等人于上世纪80年代末提出和发展的扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscope, SECM)技术及电化学阻抗技术(EIS)研究了金属卟啉在仿生界面上的电子转移过程。本文共分为四部分,主要包括以下内容:1.回顾了液/液界面电化学的发展背景,基本构型及应用前景。详述了两种主要研究方法:SECM和薄层循环伏安法(TLCV)的工作原理、定量分析理论及应用。并概述了修饰电极的发展、制备方法及在生物传感器和电催化方面的应用,以及离子液体和碳纳米管的性质与其在修饰电极中的应用。2.探讨了液/液界面驱动力与界面电子转移反应间的关系,利用SECM研究比较了硝基苯中DMFc与水相中高铁离子间的电子转移过程。实验结果表明,当改变水相中高铁离子周围的环境,如用Fe3+取代Fe(CN)63-时,发现尽管液液界面驱动力大大的增加,但是电子转移速率常数反而减小,对其原因也做了讨论。另外,也研究了共同离子对速率常数的影响。3.利用SECM研究了四苯基锌卟啉与其同分异构体在模拟生物膜上的电子转移过程,同时运用密度泛函理论(DFT)的计算结果从分子结构、热力学能、分子轨道角度对二者做了比较,讨论了物质结构对其界面反应的影响。另一方面,利用不同的取代基来改变铁卟啉结构的稳定性,从而影响了电子转移速率常数,主要探讨了不同取代基对铁卟啉电子转移动力学及其生物活性的影响。4.血红素(hematin)是一种重要的铁卟啉化合物。利用离子液体(IL)和多壁碳纳米管(MWCNTs)的优良性质,将hematin用聚乙烯醇(PVA)固定在MWCNTs修饰的离子液体修饰碳糊电极(CILE)表面,开展了hematin在修饰电极上的直接电化学行为研究。实验结果表明hematin在修饰电极上的电子传递能力明显增强,表现出一对准可逆的氧化还原峰,并计算了相关参数。同时,进一步探究了该修饰电极对亚硝酸盐的电催化作用。该研究对第三代传感器的发展有一定的意义。
二、关于电极溶液界面电位差公式的热力学推导(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、关于电极溶液界面电位差公式的热力学推导(论文提纲范文)
(1)熔盐电解法制备MoS2以及金属氧化物@MoS2对铀的高效富集及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 放射性废液的处理方法 |
1.3 吸附材料 |
1.3.1 无机吸附材料 |
1.3.2 有机高分子吸附材料 |
1.3.3 复合型吸附材料 |
1.4 Mo S2 的简介 |
1.5 Mo S2 的制备方法 |
1.5.1 机械剥落 |
1.5.2 液体剥落 |
1.5.3 化学剥落 |
1.5.4 电化学剥落 |
1.5.5 化学气相沉积法 |
1.5.6 水热法 |
1.5.7 熔盐电解法 |
1.6 Mo S2 的应用 |
1.6.1 固态润滑剂 |
1.6.2 生物传感器 |
1.6.3 超级电容器 |
1.6.4 光催化 |
1.6.5 电催化析氢 |
1.6.6 吸附材料 |
1.7 论文的研究意义 |
1.8 研究内容 |
1.9 研究的创新点 |
第二章 熔盐电解法制备片状与花瓣状二硫化钼 |
2.1 引言 |
2.2 原材料、仪器与实验 |
2.2.1 原材料 |
2.2.2 主要仪器 |
2.2.3 吸附材料的合成与吸附实验 |
2.2.4 理论计算 |
2.3 样品的表征 |
2.3.1 材料晶体结构分析 |
2.3.2 材料微观形貌分析 |
2.3.3 BET氮气吸附脱附曲线 |
2.3.4 XPS表征 |
2.4 pH对吸附量的影响 |
2.5 吸附动力学研究 |
2.6 吸附等温线 |
2.7 吸附热力学 |
2.8 吸附机理 |
2.9 小结 |
第三章 Mn_2O_3@MoS_2的制备及其对铀吸附性能探究 |
3.1 引言 |
3.2 材料的制备 |
3.2.1 主要药品及仪器 |
3.2.2 MoS_2纳米片的制备 |
3.2.3 Mn_2O_3@MoS_2纳米材料的制备 |
3.3 材料表征 |
3.3.1 材料晶体结构分析 |
3.3.2 材料微观形貌分析 |
3.3.3 XPS分析 |
3.3.4 Zeta电位分析 |
3.4 溶液初始pH值对吸附性能的影响 |
3.5 吸附动力学研究 |
3.6 吸附等温线 |
3.7 吸附热力学 |
3.8 吸附机理 |
3.9 选择性吸附探究 |
3.10 重复利用性能 |
3.10.1 脱附实验 |
3.10.2 循环利用性 |
3.11 小结 |
第四章 Fe_3O_4@MoS_2的制备及其对铀吸附性能探究 |
4.1 引言 |
4.2 Fe_3O_4@MoS_2复合材料的制备 |
4.2.1 主要药品及仪器 |
4.2.2 Fe_3O_4@MoS_2复合材料的制备 |
4.3 材料表征 |
4.3.1 材料晶体结构分析 |
4.3.2 BET氮气吸附脱附曲线 |
4.3.3 材料微观形貌分析 |
4.3.4 Raman表征分析 |
4.3.5 XPS分析 |
4.3.6 Zeta电位分析 |
4.4 溶液初始p H值对吸附性能的影响 |
4.5 吸附动力学研究 |
4.6 吸附等温线 |
4.7 吸附热力学 |
4.8 吸附机理 |
4.9 离子选择性 |
4.10 重复利用性能 |
4.10.1 脱附实验 |
4.10.2 循环利用性 |
4.11 小结 |
第五章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录 |
(2)新能源化工热力学(论文提纲范文)
1 电化学的经典热力学 |
1.1 经典热力学概述 |
1.2 经典热力学在电化学能源存储与转换领域的应用 |
1.2.1 电化学过程的热力学 |
1.2.2 电解质溶液的热力学性质 |
1.2.3 电解质溶液的过量函数(活度系数)模型 |
2 电化学的分子和统计热力学 |
2.1 分子和统计热力学概述 |
2.2 分子和统计热力学在电化学能源存储与转换领域的应用 |
2.2.1 量子力学的密度泛函理论(QDFT) |
2.2.2 经典密度泛函理论(CDFT) |
2.2.3 联合密度泛函理论(JDFT) |
2.2.4 分子动力学(MD) |
3 电化学的非平衡态热力学 |
3.1 非平衡态热力学概述 |
3.2 非平衡态热力学在电化学能源存储与转换领域的应用 |
3.2.1 非平衡态传质 |
3.2.2 反应和传递的耦合 |
3.2.3 热效应 |
4 用于电化学相关材料设计的高通量计算和机器学习 |
4.1 高通量计算和机器学习概述 |
4.2 材料性能预测和稳定性评价 |
4.3 构效关系的建立 |
5 结语 |
(3)应用ZrO2固体电解质电池研究Na3AlF6基熔盐中Si的电沉积(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
前言 |
第一章 文献综述 |
1.1 硅的应用与发展 |
1.1.1 工业硅 |
1.1.2 高纯工业硅 |
1.1.3 太阳能级硅 |
1.1.4 电子级硅 |
1.2 硅的制备 |
1.2.1 改良西门子法 |
1.2.2 热解硅烷法 |
1.2.3 冶金法 |
1.2.4 流化床法 |
1.2.5 组合工艺 |
1.2.6 熔盐电解法 |
1.3 熔盐电解法制硅的研究进展 |
1.3.1 熔盐电沉积法 |
1.3.2 熔盐电脱氧法 |
1.3.3 熔盐电解精炼 |
1.3.4 固体透氧膜法 |
1.4 本论文研究内容 |
第二章 实验方法 |
2.1 引言 |
2.2 实验原料及设备 |
2.3 实验方案 |
2.3.1 原料预熔 |
2.3.2 实验准备 |
2.3.3 实验流程 |
2.4 电化学实验测试 |
2.4.1 循环伏安法(CV) |
2.4.2 方波伏安法(SWV) |
2.4.3 计时电流法(CA) |
2.4.4 计时电位法(CP) |
第三章 理论与实验基础 |
3.1 引言 |
3.2 电极电位计算 |
3.3 还原电位计算 |
3.4 参比电极性能检测 |
3.5 熔盐挥发性检测 |
3.5.1 原料的水分挥发 |
3.5.2 Na_3AlF_6-5%SiO_2-5%Al_2O_3组分的挥发 |
3.5.3 Na_3AlF_6-5%SiO_2组分的挥发 |
3.6 小结 |
第四章 Na_3AlF_6基熔盐的电沉积研究 |
4.1 引言 |
4.2 Na_3AlF_6基熔盐的电化学曲线 |
4.2.1 循环伏安曲线 |
4.2.2 计时电流曲线 |
4.3 Na_3AlF_6基熔盐的电沉积产物 |
4.3.1 Na_3AlF_6熔盐 |
4.3.2 Na_3AlF_6-5%SiO_2熔盐 |
4.3.3 Na_3AlF_6-5%SiO_2-5%Al_2O_3熔盐 |
4.4 小结 |
第五章 Na_3AlF_6基熔盐中Si(IV)的电化学还原行为 |
5.1 引言 |
5.2 Na_3AlF_6-5%SiO_2熔盐 |
5.2.1 循环伏安分析 |
5.2.2 方波伏安分析 |
5.2.3 计时电流分析 |
5.2.4 计时电位分析 |
5.3 Na_3AlF_6-5%SiO_2-5%Al_2O_3熔盐 |
5.3.1 循环伏安分析 |
5.3.2 方波伏安分析 |
5.3.3 计时电流分析 |
5.3.4 计时电位分析 |
5.4 小结 |
第六章 Na_3AlF_6基熔盐对YSZ管的侵蚀 |
6.1 引言 |
6.2 侵蚀结果分析 |
6.2.1 温度影响 |
6.2.2 静置侵蚀 |
6.2.3 外加电位的影响 |
6.3 侵蚀机理讨论 |
6.3.1 化学浸出 |
6.3.2 物理溶解 |
6.3.3 物理剥离 |
6.3.4 电化学腐蚀 |
6.4 小结 |
第七章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文 |
(4)近表面微观结构对国产核用304不锈钢高温水腐蚀行为的影响(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 前言 |
1.1.1 核电发展历程 |
1.1.2 我国核电发展现状 |
1.2 压水堆核电站简介 |
1.2.1 压水堆核电站工作原理 |
1.2.2 压水堆核电站工作条件 |
1.3 核电结构材料及腐蚀问题 |
1.3.1 压水堆核电站结构材料 |
1.3.2 核电结构材料的腐蚀问题 |
1.4 影响核电结构材料安全服役的主要因素 |
1.4.1 结构材料本身的因素 |
1.4.2 环境因素 |
1.5 近表面微观结构对核电结构材料腐蚀行为影响的研究 |
1.5.1 车削加工对材料近表面微观结构及腐蚀行为的影响 |
1.5.2 辐照对材料近表面微观结构及腐蚀行为的影响 |
1.6 论文思路及研究内容 |
第2章 车削加工工艺对304不锈钢近表面微观结构的影响 |
2.1 引言 |
2.2 实验材料及方法 |
2.2.1 实验材料 |
2.2.2 车削加工 |
2.2.3 车削加工样品近表面微观结构及截面硬度变化 |
2.3 结果 |
2.3.1 表面形貌 |
2.3.2 截面硬度 |
2.3.3 EBSD |
2.3.4 残余应力 |
2.3.5 FIB/TEM |
2.4 讨论 |
2.4.1 车削加工过程中近表面微观结构的变化 |
2.4.2 工艺参数对材料近表面微观结构的影响 |
2.5 本章小结 |
第3章 车削加工对304不锈钢在高温水中腐蚀行为的影响 |
3.1 引言 |
3.2 实验材料及方法 |
3.3 结果 |
3.3.1 均匀腐蚀行为 |
3.3.2 应力腐蚀行为 |
3.4 讨论 |
3.4.1 近表面不同微观结构的腐蚀行为 |
3.4.2 车削加工样品的应力腐蚀行为 |
3.5 本章小结 |
第4章 辐照对304不锈钢近表面微观结构的影响 |
4.1 引言 |
4.2 实验材料及方法 |
4.2.1 辐照实验设计 |
4.2.2 微观结构表征 |
4.2.3 辐照硬化表征 |
4.3 结果 |
4.3.1 正电子湮灭 |
4.3.2 TEM分析 |
4.3.3 纳米压痕分析 |
4.4 讨论 |
4.4.1 辐照对材料近表面微观结构的影响 |
4.4.2 辐照剂量对材料近表面硬度的影响 |
4.5 本章小结 |
第5章 辐照对304不锈钢在高温水中腐蚀行为的影响 |
5.1 引言 |
5.2 实验材料及方法 |
5.3 实验结果 |
5.3.1 均匀腐蚀行为 |
5.3.2 沿晶腐蚀行为 |
5.4 讨论 |
5.4.1 辐照对材料均匀腐蚀行为的影响 |
5.4.2 辐照对材料沿晶腐蚀行为的影响 |
5.5 本章小结 |
第6章 车削加工与辐照作用的比较 |
6.1 引言 |
6.2 车削加工与辐照对材料近表面微观结构影响的比较 |
6.3 车削加工与辐照对材料腐蚀行为影响的比较 |
6.4 讨论 |
6.5 本章小结 |
第7章 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士期间发表论文及获奖情况 |
作者简介 |
(5)网状钛基DSA电极构建及电催化降解苯酚性能与机制研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
1.2 电催化氧化技术研究概况 |
1.2.1 电催化氧化技术的原理 |
1.2.2 电催化氧化影响因素 |
1.2.3 电催化氧化技术的主要问题 |
1.3 电极材料国内外研究现状 |
1.3.1 碳素电极 |
1.3.2 贵金属电极 |
1.3.3 BDD电极 |
1.3.4 DSA电极 |
1.4 网状Ti基电极材料的研究现状 |
1.5 研究内容和技术路线 |
1.5.1 本论文主要研究内容 |
1.5.2 本论文研究技术路线 |
第2章 实验材料与实验方案 |
2.1 电极制备和污染物选择 |
2.1.1 电极材料 |
2.1.2 电极制备方法 |
2.1.3 目标污染物 |
2.2 实验分析方法 |
2.2.1 苯酚降解实验 |
2.2.2 自由基类型测试 |
2.2.3 自由基生成量测试 |
2.2.4 电极加速寿命测试 |
2.2.5 电极表面电位分布模拟 |
2.2.6 电极结构表征 |
2.3 电化学分析方法 |
2.4 计算流体力学相关实验 |
2.4.1 传质准数方程的确定 |
2.4.2 传质系数测定方法 |
2.4.3 CFD模拟计算条件的界定 |
2.4.4 CFD数值模拟步骤 |
第3章 网状Ti基体对Ti/SnO_2-Sb电极性能影响研究 |
3.1 引言 |
3.2 网状Ti结构对电极催化性能影响 |
3.2.1 电极表面形貌特征 |
3.2.2 电极降解苯酚性能对比 |
3.3 电催化氧化影响因素分析 |
3.3.1 电流密度对苯酚降解效果的影响 |
3.3.2 初始浓度对苯酚降解效果的影响 |
3.3.3 电解质浓度对苯酚降解效果的影响 |
3.4 电极催化性能及稳定性分析 |
3.5 Ti/SnO_2-Sb电极表面结构表征 |
3.5.1 电极表面形貌分析 |
3.5.2 电极表面晶相结构分析 |
3.5.3 电极表面元素化学环境分析 |
3.6 Ti/SnO_2-Sb电极电化学行为分析 |
3.6.1 电极降解苯酚途径分析 |
3.6.2 电极析氧电位分析 |
3.6.3 电极EIS分析 |
3.6.4 电极活性表面积对比分析 |
3.7 电极产自由基能力和传质性能的比较 |
3.7.1 自由基产生能力对比分析 |
3.7.2 基体结构对电催化系统传质能力影响分析 |
3.8 本章小结 |
第4章 网状TiO_2-NTs基体结构对Ti/SnO_2-Sb电极性能影响研究 |
4.1 引言 |
4.2 网状TiO_2-NTs阵列层生长形貌分析 |
4.3 网状TiO_2-NTs对 Ti/SnO_2-Sb电极结构的影响 |
4.3.1 电极表面形貌分析 |
4.3.2 电极晶相结构分析 |
4.4 网状TiO_2-NTs对 Ti/SnO_2-Sb电极催化性能及稳定性影响 |
4.4.1 电极降解苯酚性能分析 |
4.4.2 电极稳定性分析 |
4.5 网状TiO_2-NTs对 Ti/SnO_2-Sb电极电化学性能影响研究 |
4.5.1 电极降解苯酚途径分析 |
4.5.2 苯酚降解能力分析 |
4.5.3 电极活性表面积分析 |
4.6 本章小结 |
第5章 网状Ti阴极对系统内流场分布及传质性能影响研究 |
5.1 引言 |
5.2 阴极结构对苯酚降解效果分析 |
5.2.1 不同阴极结构对苯酚去除效果影响 |
5.2.2 不同进水流速对苯酚去除效果影响 |
5.3 阴极结构对电催化系统速度分布影响 |
5.3.1 不同进水流速下反应器内速度分布 |
5.3.2 不同进水流速下阳极表面速度分布 |
5.4 阴极结构对电催化系统内传质性能影响分析 |
5.4.1 电催化系统传质系数对比分析 |
5.4.2 网状阴极促进系统传质性能分析 |
5.5 本章小结 |
第6章 网状Ti基电极体系电催化降解苯酚机制研究 |
6.1 引言 |
6.2 M-Ti/TiO_2-NTs/SnO_2-Sb电极活性基团生成能力分析 |
6.2.1 电极表面吸附氧含量对比分析 |
6.2.2 电极表面自由基生成量对比分析 |
6.3 M-Ti/TiO_2-NTs/SnO_2-Sb电极析氧电位分析 |
6.4 网状阴极对系统传质性能影响分析 |
6.5 M-Ti/TiO_2-NTs/SnO_2-Sb结构与效能关系及电催化机制分析 |
6.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
博士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
个人简历 |
(6)基于第一性原理的二维范德华半导体异质结光催化分解水研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 二维材料 |
1.2.1 石墨烯材料 |
1.2.2 过渡金属二卤化物 |
1.2.3 硅稀 |
1.3 异质结 |
1.4 技术路线 |
第二章 用于光催化剂的2D材料的计算方法 |
2.1 量子力学基础 |
2.1.1 薛定谔方程与多体问题 |
2.1.2 Hartree–Fock近似 |
2.2 密度泛函理论 |
2.2.1 Hohenberg–Kohn定理 |
2.2.2 Kohn–Sham定理 |
2.3 交换关联泛函 |
2.3.1 局域密度近似(LDA) |
2.3.2 广义梯度近似(GGA) |
2.3.3 杂化泛函 |
2.3.4 范德华密度泛函 |
2.4 用于分解水的2D光催化剂的必要性能 |
2.5 第一性原理计算方法在光催化中的应用 |
2.5.1 热力学稳定性 |
2.5.2 电子结构 |
2.5.3 水溶液稳定性 |
2.5.4 光学吸收 |
2.5.5 激子动力学和电子转移反应 |
2.5.6 pH值的影响 |
第三章 基于过渡金属二卤化物异质结的结构、电子与光吸收性质的第一性原理研究 |
3.1 2D过渡金属二卤化物/磷化硼范德华异质结的理论研究 |
3.1.1 引言 |
3.1.2 计算方法 |
3.1.3 结果与讨论 |
3.1.4 小结 |
3.2 2D过渡金属二卤化物/碳化锗范德华异质结性质的理论研究 |
3.2.1 引言 |
3.2.2 计算方法 |
3.2.3 结果与讨论 |
3.2.4 小结 |
3.3 2D过渡金属二卤化物/氢氧化镁范德华异质结性质的理论研究 |
3.3.1 引言 |
3.3.2 计算方法 |
3.3.3 结果与讨论 |
3.3.4 小结 |
3.4 不同TMDs-based范德华异质结的光催化性能对比 |
3.5 本章小结 |
第四章 2D异质结光催化剂分解水制氢的理论计算 |
4.1 2D BlueP/XC(X= Si,Ge)范德华异质结在不同pH值下的催化研究 |
4.1.1 引言 |
4.1.2 计算方法 |
4.1.3 结果与讨论 |
4.1.4 小结 |
4.2 外加应力对2D ZnO/GaN范德华异质结作为光催化剂分解水的研究 |
4.2.1 引言 |
4.2.2 计算方法 |
4.2.3 结果与讨论 |
4.2.4 小结 |
4.3 直接Z型 PtS_2/砷烯范德华异质结作为光催化剂在水分解制氢中的应用 |
4.3.1 引言 |
4.3.2 计算方法 |
4.3.3 结果与讨论 |
4.3.4 小结 |
第五章 2D半导体异质结作为光催化剂分解水制氢的性能研究 |
5.1 吉布斯自由能在g-GaN/Mg(OH)_2范德华异质结光催化剂中的作用 |
5.1.1 引言 |
5.1.2 计算方法 |
5.1.3 结果与讨论 |
5.1.4 小结 |
5.2 具有高载流子迁移率的Janus TMDs/XN(X= Ga,Al)范德华异质结光催化剂 |
5.2.1 引言 |
5.2.2 计算方法 |
5.2.3 结果与讨论 |
5.2.4 小结 |
5.3 光催化异质结中的能带弯曲 |
5.3.1 BlueP/g-GaN范德华异质结中的能带弯曲 |
5.3.2 ZnO/Mg(OH)_2范德华异质结中的能带弯曲 |
5.3.3 异质结中的能带弯曲在光催化制氢中的影响 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文主要结论和创新点 |
6.2 工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录A 12个具有代表性的Janus TMDs/XN(X= Ga,Al)范德华异质结的堆垛结构图 |
附录B 不同Janus TMDs/XN(X= Ga,Al)异质结优化结构参数 |
附录C Janus TMDs/XN(X= Ga,Al)异质结层间耦合 |
附录D MoSSe/XN范德华异质结AIMD模拟的总能量和温度曲线 |
附录E 单层MoSSe、GaN和 AlN载流子迁移率的计算 |
附录F 本文符号说明汇总 |
博士学位攻读期间的学术成果及所获荣誉 |
(7)基于双极性电极的电絮凝系统去除污染物效能及机理研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 双极性电化学基本原理及应用领域概况 |
1.1.1 双极性电化学的基本原理 |
1.1.2 双极性电化学方法不对称修饰材料 |
1.1.3 双极性电极的富集效应 |
1.1.4 双极性电极微型运动体 |
1.2 三维电极系统中的双极性电化学的研究进展 |
1.2.1 三维电极系统的工作原理 |
1.2.2 三维电极系统在污水处理中的应用现状 |
1.2.3 双极性电化学在三维电极系统中的应用前景 |
1.3 电絮凝系统中的双极性电化学的研究进展 |
1.3.1 电絮凝系统的工作原理 |
1.3.2 双极性电化学在电絮凝系统中的应用现状 |
1.3.3 双极性电化学在电絮凝系统中的应用前景 |
1.4 电芬顿氧化体系中双极性电化学的研究进展 |
1.4.1 电芬顿氧化方法的工作原理 |
1.4.2 双极性电化学在电芬顿氧化体系中的应用现状 |
1.4.3 双极性电化学在电芬顿氧化体系中的应用前景 |
1.5 研究目的以及意义 |
1.6 研究内容以及技术路线 |
1.6.1 主要研究内容 |
1.6.2 技术路线 |
第2章 实验材料及方法 |
2.1 主要原料及化学试剂 |
2.2 实验仪器 |
2.3 基于双极性电极的电絮凝系统基本结构 |
2.4 基于双极性电极的电絮凝系统优化试验设计 |
2.4.1 水样配制方法 |
2.4.2 样品的采集及测试方法 |
2.5 基于双极性电极的电絮凝系统处理市政污水的试验设计 |
2.5.1 市政污水的初始参数 |
2.5.2 样品的采集及测试方法 |
2.6 电絮凝伴生电芬顿过程降解磺胺的试验设计 |
2.6.1 水样配制方法 |
2.6.2 样品的采集及测试方法 |
2.7 COMSOL模拟 |
第3章 基于双极性电极的电絮凝系统的机理研究及性能优化 |
3.1 引言 |
3.2 驱动电压和电导率对双极性铁电极性能影响研究 |
3.3 驱动电压和电导率对双极性铝电极性能影响研究 |
3.4 双极性电极放置角度对絮凝剂产率的影响 |
3.4.1 双极性铁电极的性能分析 |
3.4.2 双极性铁电极与溶液界面的电势分布 |
3.4.3 双极性铁电极的表面形貌特征 |
3.4.4 双极性铝电极性能分析 |
3.4.5 双极性铝电极与溶液界面的电势分布 |
3.4.6 双极性铝电极的表面形貌特征 |
3.5 双极性电极的放置角度对溶液中电场分布影响的数值模拟 |
3.6 双极性电极数量对絮凝剂产生量的影响 |
3.6.1 双极性铁电极性能分析 |
3.6.2 双极性铝电极性能分析 |
3.7 双极性电极数量对溶液中电场分布影响的数值模拟 |
3.8 双极性电极几何形状对絮凝剂产生量的影响 |
3.9 双极性电极性能影响因素的综合分析 |
3.10 本章小结 |
第4章 基于双极性电极的电絮凝系统处理市政污水的效能分析 |
4.1 引言 |
4.2 双极性电极与电絮凝系统的组合应用以及性能分析 |
4.2.1 不同双极性电极组合对牺牲电极电化学溶解速率的影响 |
4.2.2 不同双极性电极组合对市政污水中浊度去除率的影响 |
4.2.3 不同双极性电极组合对市政污水中TOC去除率的影响 |
4.2.4 不同双极性电极组合对市政污水中总磷去除率的影响 |
4.2.5 不同双极性电极组合对市政污水中总氮去除率的影响 |
4.3 双极性电极与电絮凝系统组合高效去除污染物机理分析 |
4.4 不同双极性电极组合对输出电压的影响 |
4.5 不同双极性电极组合对能耗的影响 |
4.5.1 TOC去除过程中的能耗 |
4.5.2 总磷去除过程中的能耗 |
4.6 不同双极性电极组合对溶液pH的影响 |
4.7 双极性电极表面感应电荷分布的数值模拟分析 |
4.8 本章小结 |
第5章 基于双极性电极的电絮凝伴生电芬顿体系降解磺胺的机制 |
5.1 引言 |
5.2 不同浓度Ca(Ⅱ)对 Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)生成速率影响 |
5.3 不同浓度Ca(Ⅱ)对溶液p H影响 |
5.3.1 溶液pH稳定性分析 |
5.3.2 p H对 Fe(Ⅱ) :Fe(Ⅱ)比值的影响 |
5.4 不同浓度Ca(Ⅱ)对磺胺降解速率影响 |
5.5 过氧化氢和羟基自由基的原位产生 |
5.6 腐殖酸的稳定性分析 |
5.6.1 溶液中腐殖酸的三维荧光光谱 |
5.6.2 沉淀物中腐殖酸的傅里叶红外光谱 |
5.6.3 沉淀物中的Fe2p和 Ca2p的X射线光电子能谱 |
5.7 磺胺氧化降解路径 |
5.8 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
个人简历 |
(8)双电层形成中离子溶剂化的尺寸效应研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
1 前言 |
1.1 固、液界面双电层 |
1.1.1 双电层理论的科学背景 |
1.1.2 双电层的种类及原理 |
1.1.3 双电层模型的提出与发展 |
1.1.4 双电层理论的应用 |
1.2 双电层电容器EDLC的材料 |
1.2.1 活性炭 |
1.2.2 碳纳米管 |
1.2.3 碳气凝胶 |
1.2.4 多孔生物质碳 |
1.2.5 模板碳 |
1.3 EDLC电荷储存机理的定量描述 |
1.4 EDLC储能机理的原位表征技术 |
1.4.1 电化学石英晶体微天平 |
1.4.2 原位核磁共振 |
1.4.3 散射方法 |
1.4.4 红外光谱 |
1.5 电化学石英晶体微天平EQCM的研究背景 |
1.5.1 EQCM概念及发展 |
1.5.2 EQCM的原理 |
1.5.3 EQCM的应用 |
1.6 本文的选题意义及主要研究内容 |
1.6.1 选题意义 |
1.6.2 主要研究内容 |
2 材料与研究方法 |
2.1 实验药品及仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 实验步骤 |
2.2.1 溶液的配制 |
2.2.2 材料的涂覆(VFT技术) |
2.3 材料的BET表征 |
2.4 EQCM测试技术 |
2.4.1 测试装置 |
2.4.2 石英晶体微天平(QCM)与循环伏安法(CV)联用测试 |
2.5 计算方法 |
2.5.1 QCM响应的质量 |
2.5.2 电量计算 |
2.5.3 与CV结果对应的质量 |
2.5.4 溶剂化分子量Msx和溶剂化数x |
3 结果与讨论 |
3.1 CV,QCM的响应以及电极质量对离子电荷的变化趋势 |
3.1.1 25mM LiBF4/PC的CV和EQCM响应 |
3.1.2 25mM Li-TFSI/PC的CV和EQCM响应 |
3.1.3 25mM Li-TFSI/AN中的CV和EQCM响应 |
3.1.4 2M Li-TFSI/AN中的CV和EQCM响应 |
3.1.5 2M EMI-TFSI/AN中的CV和EQCM响应 |
3.2 不同影响因素在两种孔径中影响程度的差别 |
3.2.1 反荷离子的大小(BF_4~- and TFSI~-) |
3.2.2 溶剂分子(PC and AN) |
3.2.3 离子浓度(25 mM Li-TFSI/AN and 2 M Li-TFSI/AN) |
3.3 不同影响因素对溶剂化效应的影响 |
3.3.1 反荷离子的大小BF_4~- and TFSI~-) |
3.3.2 溶剂分子(PC and AN) |
3.3.3 离子浓度(25 mM Li-TFSI/AN and 2 M Li-TFSI/AN) |
4 结论 |
4.1 全文的总结 |
4.2 论文的创新点 |
4.3 论文的不足 |
5 展望 |
6 参考文献 |
7 论文发表情况 |
8 致谢 |
(9)氨基硼烷辅助制备的细微钯基金属磷化物纳米粒子催化电解水析氢性能(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
abstract |
1 绪论 |
1.1 析氢反应机理 |
1.2 钯基析氢材料 |
1.3 过渡金属磷化物对析氢反应的影响 |
1.4 研究内容 |
2 实验试剂与材料表征 |
2.1 实验试剂与仪器 |
2.2 材料物理表征 |
2.3 材料电化学表征 |
3 PdP纳米粒子催化剂的设计及其在碱性介质中催化析氢反应 |
3.1 引言 |
3.2 PdP NPs的制备 |
3.3 结果与讨论 |
3.4 本章小结 |
4 碱性介质中高效催化析氢反应的三元非晶PdCoP纳米催化剂设计 |
4.1 引言 |
4.2 催化剂的制备 |
4.3 结果与讨论 |
4.4 本章小结 |
5 结论与创新点 |
5.1 结论 |
5.2 创新点 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(10)金属卟啉等化合物在界面上的电子转移研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 液/液界面电化学研究进展及概况 |
1.1.1 液/液界面电化学的发展 |
1.1.2 液/液界面的结构及模型 |
1.1.3 液/液界面的研究方法 |
1.1.4 液/液界面电化学的展望 |
1.2 化学修饰电极 |
1.2.1 化学修饰电极的发展背景 |
1.2.2 修饰方法 |
1.2.3 化学修饰电极的应用 |
1.2.4 离子液体的性质及在修饰电极方面的应用 |
1.2.5 碳纳米管的性质及在修饰电极方面的应用 |
1.3 本论文的整体构想及研究内容 |
参考文献 |
第二章 SECM 研究比较液/液界面上高铁离子与十甲基二茂铁(DMFc)间的动力学过程 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 仪器与试剂 |
2.2.2 实验方法—扫描电化学显微镜(SECM) |
2.3 实验结果分析与讨论 |
2.3.1 FeCl_3和K_3Fe(CN)_6在水相中的电化学性质 |
2.3.2 DMFc 在有机相中的电化学性质 |
2.3.3 用SECM研究比较NB/H_2O界面上DMFc分别与FeCl_3和K_3Fe(CN)_过程 |
2.3.4 共同离子(Cl0_4~-)浓度对界面上电子转移速率的影响 |
2.4 总结 |
参考文献 |
第三章 金属卟啉在模拟生物膜上的电子转移反应 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 仪器与试剂 |
3.2.2 实验过程和量化计算 |
3.3 实验结果分析与讨论 |
3.3.1 K4Fe(CN)6在水相中的循环伏安图(CV) |
3.3.2 ZnTPP 和ZnNCTPP 在模拟生物膜上的电子转移过程 |
3.3.3 不同取代基铁卟啉在模拟生物膜上的电子转移过程 |
3.4 总结 |
参考文献 |
第四章 血红素在MWCNTs 修饰的碳离子液电极上的电化学及催化行为 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 化学试剂 |
4.2.2 实验仪器 |
4.2.3 电化学测量 |
4.3 实验结果分析与讨论 |
4.3.1 修饰电极的制备及电化学表征 |
4.3.2 Hematin 在修饰电极上的直接电化学行为 |
4.3.3 缓冲液pH 值的影响 |
4.3.4 对N0_2~(-1)的电催化行为 |
4.4 总结 |
参考文献 |
在读硕士期间发表的论文 |
致谢 |
四、关于电极溶液界面电位差公式的热力学推导(论文参考文献)
- [1]熔盐电解法制备MoS2以及金属氧化物@MoS2对铀的高效富集及机理研究[D]. 林育玲. 东华理工大学, 2021(02)
- [2]新能源化工热力学[J]. 练成,程锦,黄盼,陶浩兰,杨洁,刘洪来. 化工进展, 2021(09)
- [3]应用ZrO2固体电解质电池研究Na3AlF6基熔盐中Si的电沉积[D]. 何林. 武汉科技大学, 2021(01)
- [4]近表面微观结构对国产核用304不锈钢高温水腐蚀行为的影响[D]. 闫红林. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [5]网状钛基DSA电极构建及电催化降解苯酚性能与机制研究[D]. 黄琳琳. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [6]基于第一性原理的二维范德华半导体异质结光催化分解水研究[D]. 任凯. 东南大学, 2020
- [7]基于双极性电极的电絮凝系统去除污染物效能及机理研究[D]. 亓振莲. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [8]双电层形成中离子溶剂化的尺寸效应研究[D]. 薛佩洁. 天津科技大学, 2020(08)
- [9]氨基硼烷辅助制备的细微钯基金属磷化物纳米粒子催化电解水析氢性能[D]. 夏天. 中国矿业大学, 2020(01)
- [10]金属卟啉等化合物在界面上的电子转移研究[D]. 马俊英. 西北师范大学, 2010(06)