燃料电池用的一种新型催化剂

美国得克萨斯州的休斯敦大学新近开发成功了一类燃料电池用的新型电催化剂,该类催化剂有助于增进燃料电池的容量。该催化剂的活性相是由富铂壳层与铜、钴、铂合金芯子构成的纳米颗粒所组成。这种催化剂对于氧的还原也显示出最高的活性。其活性催化剂相是就地生成的：当向该电极通人循环交流电时,在纳米颗粒表面上便会有次贵金属（特别是Cu）由合金中分离出来,这一过程就导致了由原始富铜合金芯与几乎为纯铂的壳层所构成的纳米颗粒的形成。     

质子交换膜燃料电池催化剂纳米铂材料研究进展

提高活性、降低贵金属担载量是质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化剂的重点研究内容,纳米铂材料是提高阴极氧还原反应(ORR)活性的核心研究方向之一。基于对104篇文献的分析,综述了纳米铂颗粒的粒径、晶面和形貌对催化剂的活性和寿命的影响,以及纳米铂合金的成分和核-壳结构等因素对催化性能的影响。分析现有方法技术的优点和不足,提出催化剂有序化结构和优化ORR反应过程的研究方向。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究

质子交换膜燃料电池(PEMFC)的有效电催化剂仍以铂为主.由于铂价格昂贵,资源匮乏,使得PEMFC成本高,限制了其广泛应用,所以降低贵金属催化剂用量,寻找廉价催化剂,提高电极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目标.采用铂/碳催化剂,将铂催化剂担载在高活性碳材料上,可以将铂的担载量从4 mg/cm2降低到0.7 mg/cm2～1.0 mg/cm2,甚至到0.05 mg/cm2～0.2 mg/cm2,有效提高了铂的利用率.铂合金电催化剂以Pt-Ru为主,通过Pt和Ru的协同作用,大大减少了铂的用量(Pt与Ru的质量比为0.05:1),提高了催化剂抗CO性能.多元复合催化剂和非铂系催化剂也是目前的研究热点.     

Au纳米颗粒催化活度

在异相催化反应中,反应分子吸附于催化活性固体表面,而后化学键断裂最终形成液、气态产物。近年来,很多异相催化剂是由1-10nm尺寸的催化活性材料吸附于多孔材料载体制成的,用这种纳米颗粒可以大大增加催化剂与反应物间的接触面积，从而提升其催化效率。而增加催化剂的比表面积并不是应用纳米颗粒作为异相催化剂的唯一原因。通常认为Au是惰性金属元素，而在1987年Haruta等人研究中发现，尺寸小于5nm的Au颗粒具有良好的催化活性。这说明一些特殊金属的催化性质与其尺寸有着相当密切的联系。     

质子交换膜燃料电池催化剂研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）的有效电催化剂仍以铂为主。由于铂价格昂贵，资源匮乏，使得PEMFC成本高，限制了其广泛应用，所以降低贵金属催化剂用量，寻找廉价催化剂，提高电极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目标。采用铂／碳催化剂，将铂催化剂担载在高活性碳材料上，可以将铂的担载量从4mg／cm^2降低到0．7mg／cm^2～1．0mg／cm^2，甚至到0．05mg／cm^2～0．2mg／cm^2，有效提高了铂的利用率。铂合金电催化剂以Pt-Ru为主，通过Pt和Ru的协同作用，大大减少了铂的用量（Pt与Ru的质量比为0．05：1），提高了催化剂抗CO性能。多元复合催化剂和非铂系催化剂也是目前的研究热点。     

纳米Co-Sn合金负极材料的制备和电化学性能

用水热法于150oC合成了CoSn2纳米合金负极材料。水热反应前还原剂NaBH4的加入速度和水热反应后的热处理均会影响产物的相组成和CoSn2合金组分的颗粒大小,从而影响电极的电化学性能。较大的CoSn2合金颗粒有利于降低电极的首次不可逆容量损失和提高循环稳定性。电极的循环性能还与循环电流密度有关,较小的初始电流密度能够充分激活活性颗粒的嵌锂通道,并在颗粒表面形成较好的固体电解质膜(SEI膜),有利于改善电极的循环性能。     

使用寿命延长20倍的稀土-铂合金催化剂问世

韩国研究团队使用介孔沸石成功制备稀土-铂合金纳米颗粒。该颗粒作为丙烯脱氢工艺催化剂使用。稀土La和Y的加入大幅度改善了铂在分子筛中的分散性,同目前广泛使用的多孔氧化铝负载Pt-Sn双金属催化剂相比,催化活性提高10倍以上,使用寿命延长20倍以上。韩国科学技术院研究团队完成了此项成果。论文近日发表在《自然》杂志上。     

铂纳米颗粒形貌控制研究进展

铂作为催化剂在光化学催化、燃料电池和工业生产等方面有重要的应用,通过控制纳米颗粒的尺寸和形貌可以降低铂用量的同时提高其催化性能。本文对晶体成核与生长的相关理论和利用无机分子或有机分子控制合成特定形貌铂纳米颗粒的研究进行了总结。     

纳米多孔NiFeCoTi高熵合金电极的析氢反应性能

开发高效、稳定的电催化剂用于电化学水分解制氢至关重要。通过合金化和脱合金化法制备了纳米多孔NiFeCoTi高熵合金电极,并对其碱性析氢反应性能进行了研究。结果表明：该电极具有柱状纳米多孔结构,能够促进电催化反应过程中的电子传递和质量运输,表面的NiFeCoTi高熵合金可以提供双功能的电催化活性位点,促进水的解离和氢中间体的吸附/结合。在1 M KOH电解液中,纳米多孔NiFeCoTi电极在～111 mV的过电位下就能够达到400 mA/cm²的电流密度,具有较低的Tafel斜率和优异的长期稳定性。     

消除柴油车排放PM颗粒的催化剂研究

柴油车尾气排放的PM(碳黑)颗粒已引起了广泛的关注.对于柴油车尾气PM颗粒的处理必须使用高效的的催化剂来使其完全氧化.本文总结了几种不同类型的柴油车PM颗粒后处理催化剂:碱(碱土)金属催化剂、纳米贵金属催化剂、过渡金属纳米催化剂以及复合多组分催化剂,分析了它们的可能的催化机理,概述了这些催化剂的优、缺点,并对它们在实际应用中存在的问题和发展方向进行了探讨.     

新型可充锂-空气电池的纳米刺状α-MnO_2/Pd空心微球催化剂(英文)

利用NaBH4溶液还原PdCl2的方法在具有纳米刺状表面的α-MnO2中空微球上沉积Pd,制备一种α-MnO2/Pd核壳型复合催化剂作为新一代可充锂-空气电池的催化剂。TEM、XRD和EDS等方法的分析结果表明,在催化剂中纳米Pd颗粒均匀地分布在刺状α-MnO2中空微球表面,Pd在催化剂中的质量分数约为8.88%。充放电测试结果表明,与纳米刺状的α-MnO2中空微球催化剂相比,α-MnO2/Pd复合催化剂提高了空气电极的能量转化效率和充放电循环性能。由Super P碳材料和所制备的α-MnO2/Pd复合催化剂所构成的空气电极在0.1mA/cm2电流密度下的首次放电比容量可以达1220 mA·h/g,经13次充放电循环后的容量保持率为47.3%。该纳米刺状α-MnO2/Pd核壳型复合催化剂是一种有前途的空气电池催化剂。     

添加少量贵金属的铜-锆金属玻璃

甲醇水蒸汽重整反应作为燃料电池用高纯氢的一种制取方法受到很大关注，在这种反应中所用的催化剂是十分关键的材料。由于一些非晶合金已被成功地用作苯和烯之类碳氢化合物的氢化催化剂，因此研究了用非晶态铜-锆合金制备高活性氢化催化剂，在制备过程中在非晶态合金晶化温度以下的氢化是其重要环节。用添加少量贵金属元素的非晶态Cu-Zr合金制取甲醇水蒸汽重整催化剂，表现出与由非晶态Pt-Zr或Pd-Zr合金制备的氢化催化剂相似的行为，在晶化温度以下的温度下氧化处理对显示出很高的活性。     

稀土在直接甲醇燃料电池铂基催化剂中的应用及研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)以其高效、低污染的特点而备受关注。铂基电催化剂被认为是DMFC阳极的有效催化剂。但由于在甲醇氧化过程中铂的活性中心容易被产生的中间产物如CO等吸附和堵塞,导致催化活性降低,稳定性差,严重制约了直接甲醇燃料电池推广应用。稀土元素由于其4f轨道独特的电子结构和相应的镧系收缩效应,在铂基电催化剂中可有效提高铂催化剂的活性和耐久性。本文简要总结近年来稀土氧化物作为铂基电催化剂的助催化剂、碳材料掺杂改性剂和载体在甲醇氧化反应中的催化活性和抗CO中毒能力应用研究,以及铂-稀土金属(Pt-RE)纳米合金催化剂对DMFC长期运行稳定性的影响;并对稀土元素在铂基电催化剂中的应用发展提出了展望。     

铂金属催化剂的应用前景

燃料电池催化剂 铂合金广泛用于质子交换膜燃料电池，在电池的阴极上，使用添加锰、铁或铬的铂合金，与纯铂相比，可使电池电势提高25mV；在阳极上，Pt-Ru具有抗CO和CO2毒化的特性。 燃料电池的燃料处理器改进引人关注。很多水-气振荡反应器采用非铂族金属催化剂，美国新技术材料研究所的S. L. Swart及其同事则采用在独石上涂刷纳米级二氧化铈沉积铂的方法，使反应器在300℃以上的使用性能得到提高。 车用三元催化剂 美国的H. W. Jen及其同事研究了以Ce0.63Zr0.37O2为载体时，预处理条件对钯型和铑型催化剂储氧量(OSC)的影响。结…     

从废印刷电路板和汽车废催化剂中回收贵金属的方法

在本研究中，开发了一种不加任何收集剂金属熔炼而从废印刷电路板和汽车废蜂窝状催化剂中，同时回收贵金属如金、钯，铂的新方法。该法用废印刷电路板中的金属组成如铜、锡、铁作为收集剂金属，用汽车废催化剂作为造渣剂。在每个试验中，化、加熔剂和碳后熔炼。原料中90％以上的金、钯、废印刷电路板和汽车废催化剂都经过破碎、焚铂均可回收到铜—锡合金相中。     

直接甲醇燃料电池用含纳米铜聚氯乙烯电化学氧化膜的制备与表征（英文）

采用化学还原法制备纳米铜颗粒,然后将其嵌入聚氯乙烯(PVC)基体中得到PVC/Cu膜,作为电极材料以提高甲醇燃料氧化的电流响应。用热重分析(TGA)表征PVC/Cu电极的热稳定性,用X射线衍射(XRD)检测电极中的铜纳米颗粒,用傅里叶变换红外光谱(FTIR)鉴定PVC与铜之间的相互反应,用扫描电镜(SEM)和能谱(EDAX)分析该电极的显微形貌,并用循环伏安法、线性扫描伏安法和计时电流法表征该电极的电催化活性。结果表明,随着铜含量从0.18 g(PVC/Cu-0.18 g)增加到0.24 g(PVC/Cu-0.24 g),电极的活性增加,且在铜含量为0.24 g时达到最大值。电极在0.5 mol/L CH_3OH+1 mol/L Na OH溶液中达到最大催化电流。FTIR结果显示,电极中含有水分子、C—H基团、铜颗粒和铜的氧化物。SEM和EDAX结果表明,铜颗粒在聚氯乙烯基体中嵌入良好。     

纳米晶铂改善燃料电池的催化活性

一种新型24面体纳米晶铂用于燃料电池上,其每单位面积的催化活性要比现有商用铂催化剂高4倍,这是美国佐治亚工业研究所的一个科研小组新近开发的。这种新型纳米晶铂具有24面晶体结构,它能有效地改进譬如催化燃料氧化和为燃料电池生产氢气的一些化学过程。在碳基片上通过电化学方法由纳米铂球生产的纳米晶铂,在高温下也保持稳定状态。其纳米晶尺寸可以通过改变施加“方形波”电位循环的次数来控制。这种纳米晶铂具有高能表面,包括有大量的“悬空能带”和“原子阶跃”,这都会促进化学反应。由于具有高温（800℃）稳定性,因而可反复用于催化反应过程。     

爆轰法制备碳包覆铁镍合金纳米颗粒及其表征

对掺杂硝酸铁和硝酸镍复合炸药前驱体,采用爆轰法合成碳包覆铁镍合金纳米颗粒。通过XRD,TEM,XRF,VSM等方法对合成的碳包覆合金纳米颗粒的形貌特征、结构组成及磁性行为进行了分析表征。结果表明,通过有效调整前驱体中金属源材料比例和碳材料组成,可爆轰合成较为完美的核壳结构碳包覆铁镍纳米颗粒,所得球形的纳米颗粒尺寸主要分布在10～60nm范围内且分散性较好,组成核主要由不同比例的铁镍元素构成,外壳层主要由石墨碳构成;由室温下磁性分析可知,该纳米颗粒表现出良好的超顺磁性。     

纳米CeO2及其复合催化剂的制备及对CO氧化的催化性能

以硝酸铈和氢氧化钠为原料,使用超声雾化工艺实现微区反应制备纳米CeO2粉体和掺铜CeO2复合粉体;再以硝酸铈为铈源,氨水为沉淀剂,用凹凸棒石为载体合成凹凸棒石负载CeO2纳米复合材料.利用XRD、TEM、HRTEM和BET-N2等手段对所得产物的成分、物相结构和形貌进行表征,研究所制备的纳米CeO2及其复合催化剂对CO氧化的催化性能.结果表明:所制备的纳米CeO2粉体和掺铜CeO2复合粉体呈球形,粒径均为4～5 nm,且单分散性好;所合成的CeO2/凹凸棒石纳米复合材料中,CeO2颗粒均匀包覆在凹凸棒石表面.催化实验结果表明:CeO2颗粒越小、比表面积越大,对CO氧化的催化活性就越高;凹凸棒石负载CeO2纳米复合催化剂具有很强的协同催化效应,可提高其催化活性;Cu(5%)-Ce-O催化剂对CO氧化具有最好的催化活性,表明铜的掺入有利于提高CeO2在CO催化氧化反应中的低温活性,降低起燃温度.     

纳米铂修饰钯系涂层钛阳极的研究

采用纳米铂修饰获得PdO-Pt/Ti电极,同时也制备了PdO/Ti电极作为对比.研究表明,所制备的PdO-Pt/Ti涂层是由氧化钯和金属铂组成的复合涂层.纳米相铂颗粒分散在PdO涂层中,起到明显的提高表面粗糙度和表面活性面积的效果.由于采用高耐蚀的金属铂修饰,使新电极的强化寿命提高10倍以上.纳米铂修饰PdO/Ti电极可以使其电催化性能和稳定性都得到明显提高.