02章 电催化过程

电催化氧化原理
电催化氧化是一种利用电催化剂的作用，在电极上进行氧化反应的过程。

电催化剂通常是一种具有良好导电性和高催化活性的材料，能够提供较低的反应能垒，促进氧化反应的进行。

电催化氧化的原理主要包括以下几个方面：
1. 电子传递：在电催化氧化反应中，电子从电极传递到催化剂表面，促使氧化反应发生。

电子传递可以通过直接接触实现，也可以通过电解质介质传递。

2. 双电层效应：当电极与电解质溶液接触时，会形成一个带正电的电极界面和一个带负电的溶液界面，这就是双电层。

电解质溶液中的氧化还原反应可以发生在这个双电层中，电化学反应发生在电极表面。

3. 催化作用：电催化剂在电极表面吸附反应物，并通过调整反应物分子的活化能，降低反应的能垒。

催化剂可以提供表面活性位点，使得反应物能够与水、氧气等活性物质发生反应。

4. 动力学控制：在电催化氧化反应中，反应速率由活化能决定。

催化剂通过提供适当的表面能垒，加速氧化反应的进行。

反应速率还受到温度、物质浓度、电极电势等因素的影响。

总之，电催化氧化是利用电催化剂催化作用的方法，在电极表面进行氧化反应。

催化剂通过吸附和调整反应物的活化能，加
速氧化反应的进行。

电催化氧化具有高效、可控性好等特点，在能源转化、环境保护等领域有着广泛的应用前景。

电催化二氧化碳还原制甲酸能量效率1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括以下几个方面：在当前全球变暖和能源危机的背景下，寻找可持续、低碳的能源资源是一个迫切的需求。

二氧化碳是一种主要的温室气体，其排放对于全球气候变化有着重要的影响。

因此，将二氧化碳转化为有用的化学品和燃料，成为了一项具有重要意义的研究领域。

电催化二氧化碳还原作为一种有效的二氧化碳转化方法，通过电化学技术将二氧化碳还原为有机化合物。

其中，制甲酸是一种重要的产物之一，具有广泛的应用价值。

因此，了解电催化二氧化碳还原制甲酸的能量效率对于推动该领域的研究和应用具有重要意义。

本文旨在探讨电催化二氧化碳还原制甲酸的能量效率，并分析其影响因素及优化策略。

通过对相关研究的综述和实验数据的分析，我们将评估电催化二氧化碳还原制甲酸的能量损耗情况，探讨其在实际应用中的可行性和可持续性。

此外，本文还将展望电催化二氧化碳还原制甲酸的未来发展方向。

通过对新材料、催化剂和反应条件的研究，我们可以进一步提高电催化二氧化碳还原制甲酸的能量效率，降低过程中的能量损耗，并探索更多的二氧化碳转化途径。

预计这些努力将促进电催化二氧化碳还原制甲酸技术的商业化应用，并在减缓气候变化和缓解能源危机方面发挥重要作用。

综上所述，本文将通过对电催化二氧化碳还原制甲酸的能量效率进行分析和评估，探讨其在可持续能源领域的应用前景。

期望本文能够为该领域的研究者和决策者提供有价值的参考，并推动电催化二氧化碳还原技术的进一步发展和应用。

文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的组织结构进行说明，并简要介绍每个部分的主要内容。

示例内容：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分概述了电催化二氧化碳还原制甲酸的背景和意义，介绍了这一领域的研究现状，并明确了本文的目的。

正文部分将详细介绍电催化二氧化碳还原的原理，包括电化学原理和催化剂选择。

同时，还将探讨制备甲酸的方法，包括催化剂的种类、电催化条件以及反应机制等。

第2章脂质一、教学大纲基本要求脂质的结构和功能:1．三脂酰甘油，脂肪酸，三脂酰甘油的理化性质;2．磷脂，甘油磷脂，鞘磷脂;3结合脂，糖脂，脂蛋白;4固醇类化合物，萜类，类固醇，前列腺素。

二、本章知识要点(一) 脂质( lipid) :脂质（也译脂类），是一类不溶于（或低溶于）水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。

按化学组成不同,脂质可分为单纯脂质（simplelipid）、复合脂质（compound lipid）、衍生脂质（derivedlipid）和其它脂质等三大类．按是否可被皂化,脂质分为可皂化脂质（saponifiable lipid）和不可皂化脂质（unsaponifiable lipid）两大类.按脂质在水中和水界面上的行为不同，可分为非极性脂质（nonplar）和极性脂质（polar）两大类。

（二）甘油三脂1．脂肪酸（fatty acid FA）脂肪酸是具有长碳氢链（“尾”）和一个羧基末端（“头”）的有机化合物的总称。

根据碳氢链的饱和程度可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两种，不同脂肪酸之间的主要区别在于烃链的长度（碳原子数目）、双键数目和位置及构型，以及其它取代基团数目和位置。

脂肪酸及由其衍生的脂质的性质与脂肪酸的链长和不饱和程度有密切关系. 饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸具有不同的构象. 必需脂肪酸（essential fatty acid）是指一类维持生命活动所必需的、体内不能合成或合成速度不能满足需要而必须从外界摄取的脂肪酸.必需脂肪酸不仅是多种生物膜的重要成分，而且也是合成一类生理活性脂质－前列腺素，凝血噁烷和白三烯等类二十碳烷化合物的前体.2．甘油三脂又称为三脂酰甘油，由３分子脂肪酸和１分子甘油组成，是脂类中含量最丰富的一类。

由两种或三种不同的脂肪酸组成的，称为混合甘油脂；由同一种脂肪酸组成的称为简单甘油脂。

天然甘油三脂大多数是混合甘油脂。

混合甘油脂具有两种不同的构型（Ｌ－和Ｄ－构型）。

电催化的定义
电催化是一种利用电能促使电化学反应发生的过程。

它通过在电极表面施加电压，使电子流动，从而改变反应的速率和方向。

这一技术在能源转换、环境保护和化学合成等领域具有重要的应用价值。

在能源转换方面，电催化可以用于水电解制氢。

通过在阳极施加电压，水分子被氧化成氧气，而在阴极上被还原成氢气。

这种电解制氢的方法比传统的热解法更环保，因为它不会产生任何污染物。

此外，电催化还可以用于燃料电池中，将氢气和氧气转化为电能，实现能源的高效利用。

在环境保护方面，电催化可以用于电化学废水处理。

通过在电极表面施加电压，污水中的有机物和无机物可以被氧化分解，从而达到净化水质的目的。

与传统的物理和化学方法相比，电催化废水处理具有高效、低能耗和无二次污染的特点。

在化学合成方面，电催化可以用于有机合成反应。

通过在电极表面施加电压，可以调控反应的速率和选择性，实现特定产物的合成。

这种电化学合成方法具有反应条件温和、底物范围广等优点，对于复杂有机化合物的合成具有重要意义。

总的来说，电催化技术在能源转换、环境保护和化学合成等方面具有广泛的应用前景。

它不仅可以提高能源利用效率，减少环境污染，还可以实现绿色化学合成。

通过不断的研究和创新，电催化技术将
为人类创造更加美好的未来。

第一章催化剂与催化作用基本知识1、简述催化剂的三个基本特征。

答：①催化剂存在与否不影响△Gθ的数值，只能加速一个热力学上允许的化学反应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程，降低反应活化能得以实现的；③催化剂对加速反应具有选择性。

2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物,反应由下列各步组成(1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2—→CH2=CH—CH=CH2+2Mo5++H20（2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+（3）2Bi2++1/202→2Bi3++02—总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20试画出催化循环图。

CH3-CH2—CH=CH2Bi3、合成氨催化剂中含有Fe3O4、Al2O3和K20，解释催化剂各组成部分的作用。

答：Fe3O4：主催化剂，催化剂的主要组成，起催化作用的根本性物质Al2O3:构型助催化剂,减缓微晶增长速度,使催化剂寿命长达数年K20：调变型助催化剂，使铁催化剂逸出功降低，使其活性提高第二章催化剂的表面吸附和孔内扩散1、若混合气体A和B2在表面上发生竞争吸附，其中A为单活性吸附,B2为解离吸附：A+B2+3＊→A＊+2B ＊,A和B2的气相分压分别为p A和p B。

吸附平衡常数为k A和k B。

求吸附达到平衡后A的覆盖率θA和B的覆盖率θB.解：对于气体A：吸附速率v aA=k aA P A（1—θA—θB）；脱附速率v dA=k dAθA平衡时：v aA=v dA ,即θA=(k aA/k dA）P A（1—θA—θB）=k A·k B(1—θA—θB）对于气体B：吸附速率v aB=k aB P B(1—θA-θB）2；脱附速率v dB=k dBθB2平衡时：v aB=v dB ，即θ2= k B P B(1—θA—θB）2。

第52卷第6期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 6 2023年6月 Liaoning Chemical Industry June，2023收稿日期： 2022-10-17电催化氧化法在工业废水中应用王志博，郭鹏成，许嗣鼎（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）摘 要： 工业厂中会产生大量废水，未经过处理的工业废水排放到江河湖泊中，会导致环境污染，传统的处理技术受限制，对工业废水中污染物的去除效率低，电催化氧化法可有效去除工业废水中的难降解性物质，在该方法中，材料的制备是关于电极的性能和稳定性的特别重要的步骤，主要通过对电化学阳极的改性提高其催化体系的处理能力。

首先介绍了电催化氧化法的原理，再介绍了电催化氧化法在三种主要工业废水中的应用，并在最后提出了结论与展望。

关 键 词：电催化； 工业废水； 去除率； 苯酚中图分类号：X703.1 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）06-0874-04据资料显示，2015年，我国氨氮的排放总量为229.9万t，化学需氧量的排放总量达到2 223.5 t，污染情况仍十分严重，高级氧化法具有较高的降解性能，在废水处理方面得到了广泛的应用，其通过在水中产生高活性的的氢氧自由基氧化降解水中污染物，而电催化氧化作为AOPs 的一种，不仅降解性能高，还具有反应易控制、中间产物无毒无害、环境友好的优点，在电催化氧化技术中，阳极起主要作用，阳极的主要材质有石墨、贵金属等，对阳极材料的改性是电催化氧化法的主要研究方向，如DSA 电极、BDD 电极[1]。

1 电催化氧化法技术原理电催化氧化法是指在外加电压的条件下，直接或间接氧化降解有机污染物，达到预期处理效果的方法。

1.1 直接氧化直接氧化具体反应过程如图1所示，在外加电压作用下，溶液中的H 2O 分子在阳极附近与金属氧化物反应，释放电子产生氢氧自由基(式1)，一部分的氢氧自由基将氧原子转移给金属氧化物，产生价态更高的金属氧化物（式2）, 若溶液中不含有机物，金属氧化物中的氧会析出（式3，4）,在溶液中含有机物的情况下，活性氧可直接与有机物发生反应（式5，6）[2]。

电催化过氧化氢还原电催化过氧化氢还原（Electrocatalytic Reduction of Hydrogen Peroxide）是一个在能源转换和储存、化学合成、以及环境科学等领域具有广泛应用的化学过程。

该过程涉及到在电极表面，过氧化氢（H2O2）被还原为水（H2O）和氧气（O2）的反应。

这个过程可以被看作是一个氧还原反应（ORR）的特例，其中过氧化氢作为氧源。

一．反应机理电催化过氧化氢还原通常涉及以下步骤：１．过氧化氢吸附：过氧化氢分子首先吸附在催化剂的活性位点上。

２．电子转移：在电极上，过氧化氢接受电子，被还原为水和氧气。

３．产物脱附：生成的水和氧气从催化剂表面脱附，从而完成催化循环。

二．催化剂为了提高过氧化氢还原的效率，需要高效的催化剂。

铂（Pt）和铂基材料是常用的催化剂，因为它们对过氧化氢还原具有较高的活性。

然而，铂基催化剂的稀缺性和高成本限制了其在大规模应用中的使用。

因此，研究人员正在积极寻找替代催化剂，如过渡金属氧化物、硫化物和氮化物等。

三．应用电催化过氧化氢还原在多个领域具有潜在的应用价值：１．燃料电池：过氧化氢可以作为燃料电池的氧化剂，与燃料（如氢气或甲醇）反应产生电能。

２．环境科学：过氧化氢可以作为一种环境友好的氧化剂，用于处理废水中的有机污染物。

３．化学合成：过氧化氢可以作为合成反应中的氧化剂或还原剂，用于合成各种有机化合物。

四．挑战与展望尽管电催化过氧化氢还原已经取得了一定的进展，但仍面临一些挑战，如催化剂的活性和稳定性、反应动力学以及能量转换效率等。

未来，随着纳米技术、材料科学和电化学等领域的进一步发展，电催化过氧化氢还原有望在能源转换和储存、环境科学和化学合成等领域发挥更大的作用。

第43卷第3期马静静等：CoPc/N-C催化剂的制备及C02电催化还原267 DOI：10.13822/ki.hxsj.2021007930丨研究报告丨化学试剂，2021，43( 3) ,267〜273 CoPc/N-C催化剂的制备及C02电催化还原马静静，朱红林‘(宁波大学材料科学与化学工程学院化学合成与绿色应用研究所，浙江宁波315211)摘要：金属酞菁（MePcs)因其易得性和结构可调性被认为是一种很有前途的C02减排催化剂。

其中，酞菁钴（CoPc)基杂 化材料用于电催化C02还原（C02-RR)近年来受到了广泛关注。

通过制备简便的2-甲基咪唑锌盐M0F材料为前驱体，N2气氛下热解后的N-C作为载体，在DMF的超声作用下与CoPc混合制备CoPc/N-C。

在三电极体系下，0. 1mol/L KHC03电解液中，CoPc/N-C表现出较好的C02电催化还原为C O的性能，过电位低至190 mV,在电位-0.7〜-1 V vs RHE电势区间表现出较高的CO法拉第效率（>85%)且具有较好的稳定性，其优异的电催化C02还原性能主要归因于复合材料中CoPc与N-C载体之间的协同作用。

关键词：金属酞菁；酞菁钴；电化学C02还原；杂化材料；金属有机骨架中图分类号：0643.3 文献标识码：A文章编号：0258-3283( 2021)03-0267-07Preparation of CoPc/N-C Catalyst and Electrochemical Reduction of C02MA Jing-jing,ZH U Hong-lin* (Institute of C h e m­ical Synthesis a n d G r e e n Applications, College of Materials Science a n d C h e m i c a l Engineering, N i n g b o University, N i n g b o 315211，C h i n a)，H u a x u e Shiji，2021，43(3)，267〜273Abstract ：Metal phthalocyanines (M e P c s)have been considered as promising catalysts for C02 emission reduction d u e to accessi­bility and structural tunability.Among them,cobalt phthalocyanine (C o P c)based hybrid material for electrocatalytic C02red u c­tion (C02-R R)has received extensive attention in recent years.Herein,C o P c/N-C w a s prepared by mixing C o P c under ultrasonic of D M F with N-C carrier w h i c h w a s pyrolyzed via 2-methylimidazole zinc salt M O F material as the precursor under N2 atmosphere. In a three-electrode s ystem,the C o P c/N-C exhibits excellent performance for reducing C02 to C O with low overpotential 190 m V, Faraday efficiency of C O(F E C0)exceeded 85%over a wide potential range from -0. 7 —1V vs R H E a n d remarkable stability in the 0. 1m o l/L K H C03 electrolyte.The excellent electrocatalytic performance could be obtained d u e to the synergistic effect on the interface of C o P c a n d N-C.Key words：metal phthalocyanine；cobalt phthalocyanine；electrochemical C02 reduction；hybrid materials；M O F化石燃料的不可持续利用引起了严重的能源危机，随之大量排放的c o2使得全球温室效应日益加剧n'2]。

电催化氧化脱氢（Electrochemical catalytic dehydrogenation）是一种化学反应过程，它利用电催化剂在电化学反应中催化脱除有机分子中的氢原子，生成氢气和相应的有机酮或有机醛。

这个过程是电化学和催化化学的交叉领域，通常在电化学催化氧化（electrocatalytic oxidation）的背景下进行讨论。

在电催化氧化脱氢过程中，有机分子作为还原剂在电极表面失去氢原子，同时电极上的氧化剂得到电子而被还原。

这个过程中，电催化剂起到关键作用，它能够提高反应的速率，降低活化能，从而使反应在较温和的条件下也能进行。

电催化氧化脱氢的应用非常广泛，例如在合成化学中，它可以用于制备氢气、酮、醛等有机化合物。

在工业上，这个过程也可以用于燃料的加工和净化，以及环境治理中去除有机污染物等。

电催化氧化脱氢的关键因素包括：
1. 电催化剂：选择合适的电催化剂是实现高效脱氢反应的关键。

常用的催化剂包括贵金属（如铂、钯）和非贵金属（如碳纳米管、石墨烯等）。

2. 反应条件：包括电解质的选择、电解池的设计、温度、pH值等因素，这些都会影响反应的效率和选择性。

3. 电解质：电解质不仅起到导电的作用，还可以提供氧化剂，影响反应的进行。

常用的电解质包括酸、碱和含氧化剂的溶液。

4. 电流密度：电流密度的大小会影响反应的速率和产物的选择性。

5. 温度：温度的提高可以增加反应速率，但过高可能会导致副反应的增加。

电催化氧化脱氢是一个复杂的过程，为了实现高效、选择性的反应，通常需要对反应条件进行细致的优化。

通过研究和开发新型电催化剂和反应体系，可以进一步提高这个过程的效率和实用性。