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电氧化法合成 N 2 O 5 体系中铱系纳米晶涂层电极研究

电氧化法合成 N 2 O 5 体系中铱系纳米晶涂层电极研究. 报告人：孙猛猛 指导老师：王庆法. 报告内容. 一、 研究背景 二、 文献调研 三、 研究内容 四、目前完成工作 五 、 下阶段工作计划. 一 、 研究背景. 传统硝化法的硝化剂是混酸，具有硝化剂的原子经济性和选择性差，产物难以分离，废酸难以回收等缺点。因此，需要开发一种流程简单、无副产品和无污染的绿色硝化技术，其中，最具代表性的新型硝化技术是采用 N 2 O 5 作硝化剂的新工艺。. 五氧化二氮作硝化剂的优点. 反应条件温和 反应速度快、选择性高 硝化剂稳定，不会介入一些氧化性副反应 过程无污染

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电氧化法合成 N 2 O 5 体系中铱系纳米晶涂层电极研究

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  1. 电氧化法合成N2O5体系中铱系纳米晶涂层电极研究电氧化法合成N2O5体系中铱系纳米晶涂层电极研究 报告人：孙猛猛 指导老师：王庆法

  2. 报告内容 一、研究背景 二、文献调研 三、研究内容 四、目前完成工作 五、下阶段工作计划

  3. 一、研究背景 传统硝化法的硝化剂是混酸，具有硝化剂的原子经济性和选择性差，产物难以分离，废酸难以回收等缺点。因此，需要开发一种流程简单、无副产品和无污染的绿色硝化技术，其中，最具代表性的新型硝化技术是采用N2O5作硝化剂的新工艺。

  4. 五氧化二氮作硝化剂的优点 • 反应条件温和 • 反应速度快、选择性高 • 硝化剂稳定，不会介入一些氧化性副反应 • 过程无污染 • 可实现对酸或水有敏感性的有机物的硝化反应

  5. 1 3 2 硝酸化学脱水法 收率低、成本高 电化学合成法 收率高，连续化生产 四氧化二氮臭氧氧化法 收率低、耗电量大 五氧化二氮的主要合成方法

  6. 电解硝酸生产N2O5主要包括两种过程 1.电解硝酸脱水法 阳极反应：2HNO3→N2O5+2H++1/2O2+2e-（1） 阴极反应：2H++2e-→H2（2） 总反应： 2HNO3→N2O5+1/2O2+H2（3） “气泡效应”，电流效率低，能耗大

  7. 2.电氧化四氧化二氮法 阳极反应：N2O4+2HNO3→2N2O5+2H++2e- (4) 阴极反应：2HNO3+2H++2e-→N2O4+2H2O (5) 总反应： 2HNO3→N2O5+ H2O (6) 理论电流效率是电解硝酸脱水法的两倍

  8. 二、文献调研 1910年的一项德国专利首次描述电化学法合成N2O5的基本过程。Zawadski 和Bankowski在实验室规模上采用Pt作阳极Pb作阴极的两电极电解槽制备N2O5，电流效率达35%，比能为5kWh/Kg。Hoelemann等通过将含有一定浓度N2O4的N2O5/HNO3的溶液连续从阳极室移走的方法提高了电解过程的电流效率，同时降低了比能。美国Lawrence国家实验室的Harrar等人将电流效率提高到70%，比能降低到1.6kWh/Kg。Bagg等对Harra的电解过程进行了改进，采用两阶段法电氧化N2O4合成N2O5。

  9. Pt-Ir/Nb Pt/Nb IrO2/Al IrO2/Ti Harrar等 作阳极材料时

  10. DSA RuO2-IrO2/Ti IrO2/Ti 王庆法

  11. 铱系DSA研究进展 目前研究和使用的铱系涂层阳极有Ir-Ru，Ir-Ta，Ir-Co，Ir-Sn等，其中，应用最广泛的是Ti/IrO2-RuO2和Ti/IrO2-Ta2O5。 铱系DSA 多元化 纳米化 中间层

  12. 一维IrO2纳米棒

  13. 三、研究内容 铱系纳米晶涂层电极 焙烧温度及焙烧时间 涂覆液组成 涂覆液浓度 涂覆量

  14. 电极制备过程

  15. 表征和分析手段 XRD 物相鉴定，晶粒尺寸及晶胞常数的测定 SEM 涂层表面形貌分析 EDS 电极表层组成分析 电化学测试 电催化活性及选择性分析 强化寿命测试 电极使用寿命表征

  16. 四、目前完成工作 IrO2-SiO2/Ti纳米晶涂层电极的SEM IrO2摩尔含量依次为100%、82%、50%、23%。 1 2 3 4

  17. XRD 不同比例IrO2-SiO2/Ti涂层的XRD图（Mol% IrO2）。金红石相IrO2(JCPDS 43-1019)；金属Ti(JCPDS 44-1294)。

  18. IrO2晶体颗粒尺寸 不同组成IrO2-SiO2涂层中不同晶面的IrO2晶体尺寸（nm） 纯IrO2的颗粒尺寸最小，添加SiO2能够使IrO2晶体的尺寸增加，IrO2颗粒尺寸随着SiO2含量的增加，先减小后增大，在59%左右取得极小值。

  19. IrO2晶面取向 从图中可以看出，（101）面是IrO2晶体主要的取向，（101）和（110）晶面的TC(hkl)随着SiO2含量的增加而增大，（002）和（112）晶面的TC(hkl)随着SiO2含量的增加而减小，（211）晶面的TC(hkl)基本无变化。

  20. 循环伏安曲线 0.5mol/L H2SO4中0.1V/s扫描速度下的循环伏安曲线形状类似，宽阔的不明显的峰出现在0.3～0.5 V/SEC和0.9～1.1 V/SEC区域内。

  21. 伏安电荷q* q*反映电极表观活性表面积的大小。随着扫描速度v的增加，伏安电荷q*减小。随SiO2含量的增加，q*先增大后减小。

  22. 析氧极化曲线 析氧活性高的是59%、63%，低的是31%、23%。SiO2的加入使析氧过程增强。

  23. 计算qtotal 直线外推至v→0，从纵坐标的截距中得到qtotal。

  24. 计算qouter 直线外推至v→∝，从截距中可得到qouter。

  25. 各种电荷及孔隙率与涂层组成的关系

  26. 加速寿命测试 固定电流为1.5A/cm2，溶液为1.0 mol/L H2SO4，温度为80℃。电压达到5V算寿命终止。

  27. 寿命测试后的电极涂层 1 2 此时，表面IrO2含量分别为100%、82.5%、75.7%、41.6% 4 3

  28. 五、下阶段工作计划 • 处理Tafel曲线数据。 • 做硝酸中的电化学测试。 • 进行更深入的解释和分析。 • 重复某些实验。 • 考察焙烧时间对晶体生长的影响，探讨晶体生长过程。

  29. 谢谢！ Thank You !

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