表/界面调控策略在氢/氧反应电极中的研究进展

高效的非贵金属基电催化剂对于提升氢气析出反应（HER）、氧气析出反应（OER）、氧气还原反应（ORR）等电催化反应的整体效率、促进能源转换技术的发展及应用起着至关重要的作用。近年来,对现有的电催化剂进行表/界面调控以诱导其产生新的理化性质,从而提高催化活性的研究受到了广泛的关注。本文综述了近年来利用形貌尺寸调控、缺陷调控、杂原子掺杂、异质结结构等表/界面调控策略在设计非贵金属基电催化剂方面的研究进展,揭示了催化材料体系改性对优化和提升催化性能的关键特性。从催化剂制备、先进表征手段、理论计算、应用性评价等方面展望了非贵金属基电催化剂在实际应用中存在的挑战和未来的研究方向,为实现清洁能源的大规模应用提供参考。     

基于过渡金属电催化析氢催化剂的研究进展

随着人口快速增加,开发可持续能源已经成为当今世界的首要任务之一。氢气被认为是一种无污染、可再生的新能源,可以代替化石能源。氢气可以由电解水的电催化析氢半反应获得。传统的电催化析氢催化剂主要由贵金属构成,而贵金属稀少,价格昂贵,不适合大规模工业制氢。探索高效的非贵金属电催化析氢反应催化剂十分必要。基于过渡金属开发的电催化析氢反应催化剂引起广泛关注,综述基于过渡金属电催化析氢反应催化剂的研究进展,概述电解水原理,讨论基于过渡金属化物的电催化析氢反应催化剂材料的制备方法,包括硫化物、硒化物、碳化物、氮化物、磷化物及其复合物。探讨增强催化剂电催化析氢活性的方法及基于非贵金属电催剂材料面临的挑战和前景展望。     

锌空气电池双功能阴极催化剂研究进展

可充电锌空气电池(ZAB)被认为是具有前景的储能设备之一.阴极氧还原反应和氧析出反应(ORR和OER)动力学缓慢,限制ZAB的实际应用,开发出高活性催化ORR/OER双功能阴极电催化剂尤为重要.综述了非贵金属双功能阴极电催化剂,包括无金属碳材料催化剂、过渡金属催化剂和过渡金属-氮掺杂碳材料组合催化剂,讨论几种催化剂催化...     

可充锌空气电池非贵金属阴极催化剂研究进展

针对不同催化剂体系下可充锌空气电池的研究情况和发展问题进行了综述。可充锌空气电池的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)速度缓慢,限制了它们的大规模应用。目前对可充锌空气电池的研究主要集中在非贵金属阴极催化剂上,以杂原子掺杂碳材料、过渡金属氧化物以及过渡金属硫化物为代表。最后对非贵金属阴极催化剂研究提出了展望。     

由水和氮气直接电化学合成氨电催化剂研究进展

综述了贵金属、非贵金属和无金属负载催化剂3种由水和氮气直接电化学合成氨催化剂的研究进展,催化剂在电催化氮还原合成氨的过程中占据举足轻重的地位。贵金属催化剂可以高效地催化合成氨,但是其含量少、成本高;非贵金属催化剂存在广泛但是活性不高,有待继续提升;无金属负载催化剂表现出优越的稳定性,但是由于炭基材料本身的化学惰性导致此催化剂的活性不高。在此基础上,对今后电化学合成氨催化剂的发展方向进行了展望。     

自支撑三金属磷化物的制备及其电催化析氧性能研究

氧气析出反应(OER)是可充电金属-空气电池和电解水应用中的关键步骤,因此,开发高效低成本的氧气析出催化剂对可再生和清洁能源系统具有重要意义。合成了由镍泡沫支撑的具有多孔形态的三元过渡金属磷化物纳米针(FeCoNiP/NF),得益于FeCoNiP/NF独特的3D网络骨架和纳米多孔结构,增加了活性位点的暴露性和可及性,其在碱性介质中表现出了出色的氧析出电催化活性,远优于商业化氧析出电催化剂RuO2。     

空气(氧气)催化氧化合成草甘膦催化剂的研究进展

用于空气(氧气)催化氧化双甘膦合成草甘膦的催化剂主要有活性炭催化剂、贵金属催化剂和过渡金属催化剂。本文分别概述了这3种催化剂的研究进展,分析比较了这些催化剂的优点和缺点:活性炭催化剂成本低廉、制备简单但是套用次数少,副产甲醛含量高;贵金属催化剂不仅收率高、产品质量好,而且催化剂可多次套用,但是成本过高,制备和再生也困难;过渡金属催化剂属均相催化,催化剂和产物易分离,但是产品收率较低。最后结合国内现状,认为开发一种催化效果更优、生产成本更低廉、使用和再生简单且环境友好的催化剂是国内草甘膦生产企业亟待解决的问题。     

锂/空气电池非贵金属催化剂研究进展

锂/空气电池理论能量密度高、体积小、质量轻、价格低、无污染,是极具应用前景的二次电池。本文首先简要介绍了锂/空气电池的基本结构、原理和种类,随后重点讨论了近年来用于锂/空气电池的非贵金属催化剂的研究进展。这些催化剂主要包括过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、碳材料以及过渡金属大环化合物等。最后认为,材料化学、纳米技术等学科的发展以及催化机理的阐明对发展高性能的锂/空气电池非贵金属催化剂起至关重要的作用。     

含氯挥发性有机物催化燃烧研究进展

含氯的挥发性有机化合物(chlorinated volatile organic compounds,CVOCs)应用广泛,但对大气环境污染严重。催化燃烧法具有转化率高,起燃温度低,运行能耗低以及副产物少等优势,是一种消除CVOCs的优势技术。催化燃烧处理CVOCs的催化剂可分为以Pt、Pd和Ru基为主的贵金属催化剂和以过渡金属为主的非贵金属催化剂。Pt、Pd基贵金属催化剂催化活性好,但价格高,对高温和氯中毒敏感。Ru基贵金属催化剂能催化Deacon反应的发生,使Cl从催化剂表面脱除,提高了催化剂的稳定性。过渡金属复合氧化物价格相对低廉,抗中毒性能优良,但活性稍低于贵金属催化剂。还综述了CVOCs的反应、失活机理和再生方式,指出湿空气的加入能使催化剂再生,为催化剂的研究提供了参考。     

氮掺杂非贵金属氧还原催化剂研究进展

综述了近几年来用于直接甲醇燃料电池阴极氧还原反应的含氮碳催化材料发展状况,包括催化剂制备过程中热处理条件、金属的种类及负载量、碳载体、新型合成方法等影响催化剂氧还原活性的几个因素。针对当前研究工作的局限展开了评论,指出催化机理和优化制备过程是氮掺杂碳材料负载非贵金属氧还原催化剂深入研究的重点和主要方向。     

金属大环化合物基氧还原电催化剂的研究进展

作为燃料电池的关键反应,阴极电极上的氧还原反应（ORR）的反应动力学缓慢,需要大量昂贵的铂基电催化剂提高反应动力学。然而,铂的价格昂贵、稀缺和耐久性差等问题严重阻碍了燃料电池系统在实际中的广泛应用。因此,发展廉价高活性的非贵金属氧还原反应催化剂是实现燃料电池商业应用关键途径之一。大环化合物基催化剂以其独特的配位结构和高共轭化学性质发展迅速,被认为是铂基材料的潜在替代品。本文总结了近年来金属大环化合物基氧还原催化剂的发展和研究成果,着重探讨了金属大环化合物基氧还原催化剂的设计和制备,并概述了金属大环化合物基氧还原催化剂面临的挑战和未来的发展方向。     

电催化析氢催化剂研究进展

氢能热值高和环境友好性强等特点使其成为未来能源界最具发展潜力的能源之一。电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）作为一种绿色、可持续的产氢方法成为近年来广泛研究的主题。发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是目前该领域面临的主要挑战。本文总结了近年来高性能催化剂用于HER反应的进展,重点介绍HER反应的基本原理,评估HER催化剂催化性能的典型方法,过渡金属以及化合物、非金属催化剂以及单原子催化剂等电催化析氢催化剂的最新研究进展,系统讨论了催化活性与催化剂形态、结构、组成和合成方法之间的联系,并对催化剂的合成策略、活性位点的固有活性、如何提高活性中心的内在活性和活性位点的数量进行了展望。     

碱性电解水析氢中的异质结构催化剂

碱性环境下单相金属催化剂的电催化产氢的动力学过程普遍缓慢远不及其在酸性条件，且存在易腐蚀等问题。近期很多异质结构催化剂被报导在碱性条件下表现出优异的析氢性能或长时间的耐用性，其中一些非贵金属催化剂达到了与贵金属基催化剂类似的高催化活性，为碱性条件下产氢催化剂的设计与开发提供了新思路。首先，介绍了异质结构相较于单一材料在产氢催化中的优势，并补充说明了碱性产氢理论相关背景。然后，追溯异质结构在碱性产氢催化剂中的研究路径，主要介绍了异质结构催化剂中极其重要且报导众多的过渡金属氢氧化物基、氧化物基以及硫化物基的异质结构催化剂，通过实例展示异质结构催化剂的制备方法、表征策略以及相应的设计思路。最后，分析了异质结构催化剂在固有活性比较中的困难并对异质结构催化机理的未来研究进行了展望。     

电催化固氮的研究进展与挑战

氨是一种重要的化工原料,主要通过传统Haber-Bosch工艺制备,该工艺有一定局限性,如耗能高,污染大,对环境造成较大影响。以氮气为原料,在常温、常压下合成氨气是目前化学领域的研究热点之一。分析几种产氨方法,其中电催化还原氮气产氨具有良好的应用前景。介绍电还原产氨原理及目前较为常用的电催化剂贵金属催化剂、非贵金属-金属催化剂和非金属催化剂,并对目前该领域遇到的挑战进行总结。     

电催化还原二氧化碳制一氧化碳催化剂研究进展

电催化还原CO₂作为缓解能源危机和全球变暖的有效途径已成为催化领域的研究热点。然而,不同反应途径的氧化还原电位较为接近,使产物的选择性成为电催化还原CO₂所需解决的主要问题。迄今为止,在水性电解质中可实现CO₂选择性地转化为一氧化碳（CO）和甲酸（HCOOH）。本文简述了电催化还原CO₂制CO的机理,包括CO₂吸附过程、二电子转移过程和CO脱附过程。从贵金属的晶面设计、形貌调控和表面功能化对反应活性和产物选择性的影响,铁卟啉、钴酞菁和镍三嗪在还原CO₂为CO反应中的电子转移途径,非金属碳基材料中杂原子和碳基质间的耦合效应等方面,重点介绍了近年来贵金属催化剂、过渡金属络合物催化剂和非金属碳基材料催化剂的研究进展,总结了各类催化剂的优缺点。指出在三类电催化还原CO₂制CO的催化剂中,非金属碳材料具有较高的CO法拉第效率,尤其是非金属碳材料成本较低、制备简单、结构易调控,在电催化还原中具有潜在的应用优势,是有望实现商业化应用的新型催化剂的候选材料之一。     

A dual metal-organic framework strategy for synthesis of FeCo@NC bifunctional oxygen catalysts for clean energy application

Developing high efficient bifunctional oxygen electrocatalysts for clean energy applications like Zin-air battery (ZAB) is highly desired, because it would reduce the cost and speed up the practical application of ZAB. Here we use a dual metal–organic framework (MOF) synthesis strategy to prepare the N-doped carbon supported bimetallic FeCo nanoparticle catalysts (marked as FeCo@NC) by pyrolysis of ZnCo-ZIF/MIL-101(Fe) composite. The FeCo@NC exhibits remarkable electrocatalytic activity for ORR with half-wave potential of 0.89 V vs. the reversible hydrogen electrode (RHE) and robust durability for both ORR and OER (oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction), which is attributed to the generation of Fe_0.26Co_0.74 crystalline phase and mesopores due to the dual-MOF synthesis strategy. The rechargeable ZAB based on FeCo@NC air electrode shows a maximum energy density of 139.6mW·cm^-2 and excellent cyclic stability over 130 h, significantly surpassing the Pt and Ir-based ZAB. The present work provides a useful dual-MOF synthesis strategy for preparing high-performance multifunctional catalysts for ORR, OER and hydrogen evolution reaction (HER).     

低温燃料电池用非贵金属氧还原催化剂研究进展

非贵金属氧还原催化剂是近年来低温燃料电池最受关注的研究热点之一。本文回顾了作者课题组在低温燃料电池用非贵金属氧还原催化剂方面的研究进展,总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本、催化剂制备工艺和新型非贵金属氧还原催化剂设计等方面所取得的研究结果。对非贵金属氧还原催化剂亟待解决的问题和发展趋势提出自己的看法。     

异质结构碳材料的金属空气电池应用研究进展

金属空气电池在可穿戴电子产品和能源储存领域中具有巨大的应用潜力,然而稳定性差和能量效率低的问题限制其性能的进一步提高。电化学氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）对于金属空气电池的性能起着至关重要的作用。发展催化活性高、稳定性好的空气电极催化剂是未来的研究趋势。碳材料因具有导电性优异、结构多样等优势已被广泛用作金属空气电池的导电骨架支撑材料和电催化材料,成为研究的热点。对非金属原子掺杂碳材料、过渡金属及其衍生物掺杂碳材料以及单原子催化剂作为单功能或双功能催化剂的研究进行综述,着重介绍了其在金属空气电池中的应用,对空气电极催化剂存在的问题进行总结,并对未来的发展方向进行展望。     

非铂燃料电池电催化剂研究进展

商业铂碳催化剂价格高昂,开发非铂材料是推进燃料电池商业化的关键一步。本文首先介绍了燃料电池氧还原反应电催化剂的研究背景,接着分别介绍了非贵金属、非金属以及复合材料的催化剂,并对各类催化剂的活性位点和催化机理进行了简要的评述。其中,过渡金属的氮碳化物成本低廉,具有较高的催化活性以及优异的稳定性,是最有望替代贵金属Pt的一类催化剂。杂原子的掺杂能够改变碳材料的表面电荷分布,提升碳材料的催化活性。将过渡金属的氮碳化物和特殊结构的碳材料有效结合,可以设计出具有双功能的复合材料。最后,针对非铂催化剂存在的问题进行了分析并提出了今后工作的几个方向,为今后非铂电催化剂的研究提供参考。高活性高稳定性的非铂催化剂是未来该领域的重点研究方向。