Cr(III)盐在Pt电极和PbO_2电极上阳极氧化为络酸盐的机理的研究

关于Cr(III)阳极氧化为Cr(VI)的过程，在工业应用方面已有许多工作，但对机理尚不清楚。本文对Pt电极和PbO_2电极上的这一过程进行了动力学的研究，首次得到了Cr(VI)在这两种电极上阳极形成的真实动力学数据，并提出了与实验基本相符的反应机理。用“分解极化曲线法”和稳态极化曲线的测量，得到了[H_2SO_4]和[SO_4~=]恒定的不同浓度Cr_2(SO_4)_3溶液中Cr(VI)在光滑Pt电极上阳极形成的真实动力学数据，可用如下方程式来表达：在较低电位下φ = a + 0.25 log i_2 - 0.23 log [Cr(III)]在较高电位下φ = a' + 0.48 log i_2 - 0.44 log [Cr(III)]同时得到了氧的阳极发生的动力学数据，Tafel线性区的斜率接近于2.303 RT/ΔF (Δ ≈ 0.5)。动力学方程式的推导与实验的比较表明，在光滑Pt电极上Cr(VI)是由Cr(II)通过“活性氧”的氧化形成的，提出了如下反应机理：H_2O → (OH)_(ad) + H~+ + e~- 2(OH)_(ad) → (O)_(ad) + H_2O 2(O)_(ad) →O_2 (OH)_(ad) + [Cr(H_2O)_6]~(3+) → (CrO_2)_(ad) + 3H~+ + 5H_2O (CrO_2)_(ad) + H_2O → (CrO_3~-)_(ad) + 2H~+ + e~- (CrO_3~-)_(ad) + H_2O → HCrO_4~- + H~+ + e~- 2HCrO_4~- <-> Cr_2O_7~(2-) + H_2O 在[H_2SO_4]和[SO_4~(2-)]恒定的不同浓度Cr_2(SO_4)_3溶液中，测得了Cr(VI)在Δ-PbO_2电极上阳极形成的动力学数据：在较低电位下φ = a + 0.28 log i_2 - 0.30 log [Cr(III)]在较高电位下φ = a' + 0.55 log i_2 - 0.51 log [Cr(III)]氧的极化曲线的Tafel线性区斜率也为2.303RT/ΔF (Δ approx= 0.5)。PbO_2电极和Pt电极上分解极化曲线的比较表明，Cr(VI)在前一电极上阳极形成的过电位远低于在后一电极上，这可能是两电极上电流效率显著差别的原因。测得了PbO_2电极上不同过电位下电极反应的有效活化能，其数值均在10 Kcal mol~(-1)以上，且随着极化的增大而减小，据此在动力学处理中可以忽略扩散的作用，交流阻抗的研究进一步证实了这一点。溶液pH的增大或[H_2SO_4]的减小会降低Cr(VI)阳极形成的过电位，使反应加速。在[H_2SO_4]和[SO_4~(2-)]恒定的不同浓度Cr_2(SO_4)_3溶液中，测得了在不同电位极化下PbO_2电极的阻抗频谱。在较高电位下阻抗谱呈现明显的两个半圆，表明电极过程包括了中间吸附物的形成。求得的吸附电容Cad比双层电容Cd大1-2个数量级；Cd比通常光滑电极表面的Cd大得多，这可能与SO_4~(2-)，HCrO_4~-, Cr_2O_7~-以及[_((SO_4))~((H_2O)_2) Cr_((SO_4))~((OH)_2) Cr_((SO_4))~((OH_2)_2)]~(2-)等阳离子的特性吸附有关。从动力学的推导与实验的比较得出，在PbO_2电极上Cr(VI)也按“活性氧”机构形成，可能的机理如下：H_2O → (OH)_(ad) + H~+ + e~- (OH)_(ad) + H_2O → (O)_(ad) + H_3O~+ + e~- 2(O)_(ad) → O_2 [Cr(H_2O)_6]~(3+) + (O)_(ad) → (CrO_3~-)_(ad) + 4H~+ + 4H_2O (CrO_3~-)_(ad) + H_2O → HCrO_4~- + H~+ +e~- 2HCrO_4~- <-> Cr_2O_7~(2-) + H_2O.

Fe/Cr氧化还原电池的铬负极和Cr(III)氧化过程的研究

氧化还原液流电池是近十几年来发展起来的一种大容量的贮能电池，目前研究比较成熟功率，容量较大的是盐酸体系Fe/Cr氧化还原电池。但是对于该体系的铬负极，仍然存在着氢气的伴随发生和铬盐溶液的时效陈化问题，此外，作为隔膜的离子交换膜也不能满足电池的性能要求。本文用循环伏安法、恒电流法、紫外可见分光光度法、交流阻抗法研究了铬负极的性质和溶液的时效陈化问题；探讨了三价铬离子的电化学还原过程；组装了试验型氯化铵体系的Fe/Cr氧化还原液流电池，测试了电池的性能；为降低隔膜的离子选择性的要求，对Cr(III)/Cr(VI)电对的氧化还原反应进行了探讨。讨论了三价铬离子在银离子存在下氧化成铬酸盐的反应机理。用循环伏安法研究了金、银、铜、石墨等电极材料对Cr(III)/Cr(rIII)电对氧化还原可逆性和析氢速度的影响。金电极能催化Cr(III)/Cr(II)电对的氧化还原反应，在溶液中含有Pb~(2+)离子时，具有较高的氢过电位。银、铜电极在电位扫描过程中不断地进行溶解和沉积，电极性能不稳定，而石墨电极上Cr(III)/Cr(II)电对的可连性较差。因此选择金作工作电极。研究了电解液中加入Pb、In、Tl的作用，结果表明，同时添加Pb-In、Pb-Tl比添加Pb、Tl等单一添加剂更能有效地提高氢过电位。电子探针分析表明，Pb、In、Tl在金基底上是均匀分布的。文献上尚未见到在这一电池体系中应用上述复合添加物的报导。在盐酸溶液中，存在着如下平衡：[Cr(H_2O)_4Cl_2] Cl·2H_2O <-> [Cr(H_2O)_5Cl]Cl_2·H_2O<->[Cr(H_2O)_6]Cl_3利用各级络合物的稳定常数计算了不同浓度的Cr(III)离子溶液中，上述三种络合物的浓度。以循环伏安曲线上Cr(III)的还原峰值电流i_p对Cr(H_2O)_4Cl_2~+和Cr(H_2O)_5Cl~+的浓度和作图，得到通过原点的直线。恒电流法研究发现，电位－时间曲线相继在-550mv·vs·scE和-660mv·vs·scE出现二个电位平阶，其电量比与Cr(H_2O)_4Cl_2~+、Cr(H_2O)_5Cl~2+的浓度比相当。据此认为参加电化学反应的活性离子是Cr(H_2O)_5Cl~(2+)和Cr(H_2O)_4Cl_2~+。利用循环伏安法比较了盐酸、氯化铵、醋酸、醋酸铵作电解液时Cr~(3+)离子的反应活性。盐酸体系中氢气的伴发生极为严重。醋酸、醋酸铵体系析氢电流较小、Cr~(3+)离子的反应活性也不高。相对来说，氯化铵体系对Cr(III)/Cr(II)电对的氧化还原反应有较高的活性，而且氢的析出电流也较小。紫外可见分光光度法对盐酸。氯化铵作电解液时铬络离子稳定性的研究表明，在溶液久置过程中，铬络离子在氯化铵体系中比在盐酸体系中稳定。循环伏安法的研究也符合这一结论。由于氯化铵体系的优点，组装了以氯化铵为电解液的铁铬单体电池。当充、放电电流密度为20mA/cm~2时，库仑效率达99％，瓦时效率在60％以上，电池的开路电压可达1.18V。与以盐酸为电解液的电池相比，具有电池开路电压高、放氢量小库仑效率高等优点。由于溶液的酸度低，也延缓了溶液对电池壳体及其附件的腐蚀。看来，它是一种很有希望的电解液体系。为了降低电池对离子交换膜的离子选择性要求，一种有效的方法是采用全铬电池体系，即正负极活性物质分别为Cr(III)/Cr(VI)和Cr(III)/Cr(II)。本文在Pt、石墨、钛电极上在硫酸溶液中对Cr(III)/Cr(VI)电对的氧化还原过程进行了探讨。循环伏安法表明，Cr(III)的氧化与氧的发生同时进行，加入Pb~(2+), Co~(2+)离子使Cr(III)离子的氧化电位负移。加入Ag~+时，在循环伏安曲线上出现Cr(III)离子的氧化峄。表明Ag~+对Cr(III)的氧化过程有较好的催化作用。在Cr(III)离子浓度0.1m时，峰值电位φ_P与扫描速度的对数logV呈线性关系，2ψ_p/2logv=100mv；峰值电流i_p与扫描速度v成正比。浓度在0.07M以下时，峰电位与扫描速度无关，峰电流与扫描速度平方根成正比，表现为扩散控制的过程。银离子存在下，Pt电极上Cr(III)离子的氧化过程的交流阻抗谱图呈现二个半圆，可以认为电极过程包括中间吸附物的生成。

半导体可饱和吸收镜自启动的Kerr锁模Cr~(4+)∶YAG激光器

采用传统的X型像散腔,利用一块精心设计的半导体可饱和吸收镜(SESAM)做启动元件,实现了自启动的Kerr锁模Cr4+∶YAG激光器.输出脉冲的最窄脉宽小于80 fs,脉冲重复频率为120 MHz,脉冲峰值功率可以达到100 W以上.

调谐激光晶体Cr（3＋）:ZnWO4光致发光特性的研究

研究了调谐激光晶体Cr~(3+):ZnWO_4的光致发光特性。报道了它的吸收光谱、激发光谱、发射光谱及其随温度的变化、零声子跃迁和发射寿命等实验结果,并讨论了激发特性、电子-声子耦合作用、ZnWO4中 Cr~(3+)的发射寿命曲线等相关问题。

Mossbauer spectroscopy study of Fe-57 in R3Fe29-xTx (R=Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb and Dy; T=V and Cr)

Fe-57 Mossbauer spectra for the Fe atoms in the R3Fe29-xTx (R=Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy; T=V, Cr) compounds were collected at 4.2 K. The analysis of Mossbauer spectra was based on the results of magnetization and neutron powder diffraction measurements. The average Fe magnetic moments at 4.2 K, deduced from our data, are in accord with magnetization measurements. The average hyperfine field of Tb3Fe29-xCrx (x=1.0, 1.5, 2.0, and 3.0) decreases with increasing Cr concentration, which is also in accordance with the variation of the average Fe magnetic moment in the Tb3Fe29-xCrx compounds.

Crystallographic and magnetic properties of hydride R3Fe29-xTxHy (R=Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb and Dy; T=V and Cr)

The crystallographic and intrinsic magnetic properties of hydride R3Fe29-xTxHy (R=Y, Ce, Nd, Sm, Gd, Tb, and Dy; T=V and Cr) have been investigated. The lattice constants and the unit cell volume of R3Fe29-xTxHy decrease with increasing R atomic number from Nd to Dy, except for Ce, reflecting the lanthanide contraction. Regular anisotropic expansions, mainly along the a- and b-axis rather than along the c-axis, are observed for all the compounds upon hydrogenation. Hydrogenation leads to an increase in Curie temperature. First-order magnetization processes (FOMP) occur in magnetic fields of around 1.5 T and 4.0 T at 4.2 K for Nd3Fe24.5Cr4.5H5.0 and Tb(3)Fc(27.0)Cr(2.0)H(2.8), and around 1.4 T at room temperature for Gd3Fe28.0Cr1.0H4.2 Abnormal crystallographic and magnetic properties of Ce3Fe29-xTxHy suggest that the Ce ion is non-triply ionized.