铁系元素掺杂的Pt基疏水催化剂的制备及活性研究

以炭黑为载体、乙二醇为溶剂, 利用高压微波加热法分别制备了铁系元素(即Fe、Co、Ni三种元素)掺杂的Pt基二元催化剂. 采用TEM、XRD、EDX、XPS等手段分析了催化剂的微观结构. 活性金属粒子在炭黑载体表面分布均匀; Fe、Co、Ni掺杂后, 催化剂中活性金属粒子的粒径分布变窄, 平均粒径明显减小(由4.57nm分别降低至2.17、2.41、2.55nm); 催化剂中Pt存在Pt(0)、Pt(II)、Pt(IV)三种价态. 将催化剂分散于聚四氟乙烯乳液中, 采用自然浸渍法负载于泡沫镍, 制得Pt基疏水催化剂, 考查了其对氢-水液相交换反应的催化活性. 与单一Pt基疏水催化剂相比, 过渡金属掺杂后的二元疏水催化剂对氢-水液相交换反应的催化活性明显提高. 其催化活性由高到低依次为: PtFe/C/FN>PtCo/C/FN>PtNi/C/FN>Pt/C/FN. 催化活性的提高可能主要来源于催化剂活性金属粒径的减小. 此外, H₂O分子在Fe系元素表面的解离行为也有一定的贡献.     

Mo掺杂对Pt/C催化剂乙醇氧化催化性能的影响

直接乙醇燃料电池(DEFC)由于其高能量密度、绿色无污染等优势受到广泛关注, 寻找和开发具有高乙醇氧化催化活性和抗CO中毒能力的阳极催化剂对DEFC的未来发展和商业应用具有重要意义。本研究采用微波法合成了一系列Mo掺杂的Pt/C催化剂, 并通过循环伏安法、交流阻抗法、计时电流法等电化学技术考察了Mo的掺杂量对Pt/C催化剂乙醇氧化催化活性和稳定性的影响。结果表明: Pt₂Mo/C催化剂在乙醇氧化催化过程中表现出与Pt/C相当的起始电位、最大的峰电流密度和最慢的衰减速度, 说明该催化剂具有最高的乙醇氧化催化活性和最稳定的工作性能。     

酸蚀刻提纯PtCu催化剂及其在甲醇电催化氧化和氧气还原中的良好性能

通过两步法以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂和还原剂,制备了掺杂CuO的PtCu催化剂,然后通过在酸性溶液中溶解CuO,得到纯净的PtCu催化剂。通过XRD表征,证明合成产物中含有CuO杂质,通过对其进行酸处理除去CuO杂质。通过电化学表征,证明了其与商业Pt/C催化剂相比,具有优异的电催化性能、抗CO中毒能力和良好的稳定性。PtCu对甲醇的催化活性是商业Pt/C的8.2倍,其对氧气还原的催化活性是Pt/C的4.62倍,其稳定性是商业Pt/C的13倍。     

氢气还原法制备Pt/MoOx/C及其对氧还原的电催化性能

用氢气在高温下还原吸附到碳载体上的钼酸铵和氟铂酸,制备出Pt/MoOx/C金属-氧化物复合型催化剂.考察了Pt/MoOx/C催化剂的电化学性能,经旋转圆盘电极测试表明在低电位区Pt/MoOx/C对含甲醇溶液中的氧还原的催化活性高于Pt/C.     

载体对铂基疏水催化剂活性的影响

为了研究载体对铂(Pt)基疏水催化剂活性的影响,分别选取了炭黑、SiC纳米粉、铈锆复合氧化物(Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3)等三种物质,在氯铂酸的乙二醇溶液中,用高压微波加热法制备了Pt基催化剂,然后将其与聚四氟乙烯一起负载于泡沫镍上,制成疏水催化剂.用X射线衍射、透射电子显微镜、X光电子能谱、扫描电子显微镜等方法分析了催化剂的结构与组成,并研究了疏水催化剂对氢-氧复合反应及氢-水交换反应的催化活性.结果表明:Pt在载体表面分布均匀,在Pt/C、Pt/SiC、Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3中Pt的平均粒径分别为4.46、1.67和1.77nm;Pt/C、Pt/SiC催化剂中Pt存在Pt(0)、Pt(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)三种价态;Pt/C、Pt/SiC在泡沫镍表面的分布均匀,而Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3分布不均匀.Pt/C/FN对氢-氧复合反应和氢-水交换反应的催化活性都较高;Pt/SiC/FN和Pt/Ce0.4Zr0.6O2-γ-Al2O3/FN对氢-氧复合反应的催化活性高,但是对氢-水交换反应的催化活性很低.     

立方体咪唑骨架衍生CoFe合金纳米粒子嵌入N-掺杂石墨化碳中用于锌空气电池放电反应（英文）

目前,贵金属铂被认为是性能最优异的氧还原催化剂,但是其昂贵的价格、有限的储量制约了其大规模应用,因此制备具有高催化活性和稳定性的过渡金属基催化剂迫在眉睫.在本工作中,我们构筑了一种CoFe合金纳米颗粒嵌入到N-掺杂石墨化碳纳米结构中的复合材料(CoFe/NC)作为氧还原催化剂.我们首先制备了ZIF-67纳米立方体,再利用离子交换法在其骨架中引入Fe2+形成CoFe-ZIF前驱体.通过在惰性气氛下煅烧得到CoFe/NC催化剂.由于钴、铁及氮掺杂的协同作用,CoFe/NC-0.2-900催化剂(在900°C下煅烧掺杂0.2 mmol硫酸亚铁的CoFe/NC)表现出优异的氧还原性能,尤其是极限电流密度(6.4 mA cm^-2)远高于Pt/C(5.1 mA cm^-2).采用CoFe/NC-0.2-900和NiFeP/NF(负载在泡沫镍上的NiFeP)分别作为放电和充电反应催化剂组装的可充电锌空气电池,与传统的Pt/C+RuO2/C催化剂组装的电池相比,具有较低的充放电电压差、较大的功率密度和更优异的循环稳定性.     

用于质子交换膜燃料电池的高活性、高稳定性PtIrFe/C三元合金催化剂

采用催化裂解法制备了多孔碳,将其作为催化剂载体,利用液相还原和真空热处理工艺制备出PtIrFe/C三元合金催化剂。采用X射线衍射、透射电子显微镜等手段对样品的结构形貌进行表征。使用电化学测试手段研究了不同热处理温度对其催化性能的影响。实验结果表明,热处理带来的合金化作用使催化剂的催化活性和耐久性得到了极大的提高。经过700℃热处理的样品,其面积比活性和质量比活性分别是传统商业Pt/C催化剂的3~4倍。     

基于金属-有机框架的M-N/C类催化剂在氧还原反应中的应用

燃料电池阴极发生氧还原反应(ORR)的动力学过程缓慢，通常需要Pt/C作为催化剂降低反应过电位。然而Pt作为一种贵金属，其使用将极大增加燃料电池的生产成本，因此开发非贵金属催化剂来替代Pt/C催化剂具有重要意义。金属有机框架材料(MOFs)因其具有高比表面积、有序多孔结构、拓扑结构可调等特点作为前驱体被广泛应用于M-N/C类催化剂的合成。M-N/C类催化剂继承了MOFs的结构特征，且具有丰富的活性位点，提高催化活性和分级结构以促进传质过程，因此表现出良好的ORR催化性能。从单金属/氮/碳和多金属/氮/碳组成角度出发，对近几年来关于M-N/C类催化剂的结构设计思路和合成策略进行了总结，阐述了其在ORR中的催化性能，展望了其未来发展前景。     

纳米Au／Fe2O3-MOx催化剂的制备及低温催化氧化CO的研究

用沉积-沉淀法制备了纳米Au/Fe2O3-MOx(M=La和Ce)系列催化剂,考察了催化剂对于CO的低温催化氧化性能,并通过XRD,BET和AAS等表征手段对催化剂进行了表征,分析了稀土氧化物的掺杂对Au/FezO3催化剂性能的影响.结果表明:CeO2的加入能够有效提高Au/Fe2O3催化剂的催化活性,而La2O3的加入对催化剂性能没有明显的影响.     

Co修饰的碳载Pt纳米粒子催化剂的制备与表征

质子交换膜燃料电池阴极需要使用高活性的电催化剂来加速氧还原反应(ORR)速率,而提高活性成分贵金属铂(Pt)的功能反应利用率可解决其关键问题.本工作利用过渡金属钴Co(Ⅱ)?有机框架(Co?MOF)为前驱体合成ORR催化剂载体Co/C,并采取浸渍?液相还原法负载Pt纳米粒子制备了合金Pt?Co/C催化剂.通过对样品的孔隙结构、物相结构、微观形貌等表征,证实了载体Co/C具有较大的比表面积和相互连通的分级介孔结构,其独特的形貌、丰富的孔隙结构使负载的Pt纳米颗粒均匀分布、粒径范围窄,平均粒径约为6.8 nm.进一步对催化剂进行电化学性能评价,其电化学活性表面积(ECSA)接近于商用Pt/C催化剂的值,结果表明合金催化剂中活性成分Pt具有较高的利用率,同时还表现出载体独特的孔隙结构优势.