新型炭载TM-N/C氧还原反应催化剂的研究进展

燃料电池氧化还原反应具有反应速度慢、反应途径多样性的不利特点,需在催化剂作用下才能进行。对铂基催化剂的依赖使质子交换膜燃料电池(PEMFC)成本过高,限制了其大规模商业应用。研究成本低廉、有良好的ORR催化活性、对电子反应途径有好的选择性、对甲醇有耐受性、良好的稳定性的阴极催化剂是PEMFC实现大规模商业化使用的关键。过渡金属TM-N/C催化剂是近几年兴起的一类氧还原反应催化剂,被认为是最有希望取代铂基催化剂的产品。从影响催化性能的因素、催化活性位两个方面综述了TM-N/C氧还原反应催化剂的研究发展状况。     

金属掺杂复合催化剂对氧还原反应的电活性

将三聚氰胺与甲醛的聚合树脂产物与一定量的碳粉混合,在N2气氛中高温炭化后制得催化剂载体。将该催化剂载体与聚苯胺混合后,再分别加入Co(NO3)2·6 H2O、Fe Cl3·6 H2O或乙二胺,混合物在N2气氛下通过高温热处理制得氧阴极还原催化剂Fe/Co/N/M。采用扫描电镜、X射线衍射仪对催化剂进行了表征。利用循环伏安及旋转圆盘电极等电化学方法对催化剂的氧还原(ORR)性能进行了测试。结果表明,采用分步加入金属Fe和Co的方式得到的催化剂Fe/Co/N/M在碱性溶液中具有较好的ORR电催化活性,ORR电流密度(2 000 r/min)为8.4 m A/mg@-0.8 V(vs.SCE),ORR起始电位为-0.12 V(vs.SCE)。     

氧电极催化剂钙钛矿氧化物的制备及催化性能

采用无定形前驱体法,以苹果酸作络合剂,制备了La1-xCaxCoO3和La1-xSrxMnO3系列钙钛矿氧化物,运用差热分析(DTA)和X射线衍射分析(XRD),探讨了催化剂的制备条件,制备La1-xCaxCoO3的最佳pH值为3.0,煅烧温度为650℃,制备La1-xSrxMnO3的pH值影响不大,煅烧温度为600℃。电化学研究结果表明,La0.6Ca0.4CoO3和La0.8Sr0.2MnO3具有较好的催化活性。     

Ir-Ru/C催化剂对氧还原的电催化性能

用四氢呋喃(THF)络合还原法制备了直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极用Ir-Ru/C催化剂,研究了n(Ir)∶n(Ru)对Ir-Ru/C催化剂对氧还原的电催化活性和抗甲醇能力的影响.当n(Ir)∶n(Ru)= 3∶1时,Ir-Ru/C催化剂具有很好的抗甲醇能力,对氧还原的电催化活性好于n(Ir)∶n(Ru)=1∶1和2...     

钴载量对Co-PPy/C催化剂氧还原性能的影响

以XC-72炭黑为载体,原位聚合制备碳载聚吡咯(PPy)复合载体,采用浸渍法及1 073 K高温热处理,制备Co-PPy/C催化剂。通过XRD、透射电镜(TEM)、元素分析(EA)和X射线光电子能谱(XPS)测试,对Co-PPy/C催化剂的结构和形貌进行分析。循环伏安和线性扫描伏安(LSV)测试结果表明:Co0.50-PPy/C催化剂在酸性介质中具有良好的氧还原活性。在0.5 mol/L H2SO4中,353 K下处理72 h后,催化剂中的钴粒子全部被溶出;催化剂中吡啶氮和石墨氮是此类催化剂的氧还原反应(ORR)活性中心。     

非贵金属氧还原电催化剂的研究进展

介绍材料科学和纳米科技在非贵金属氧还原催化剂方面取得的进展,包括过渡金属无机纳米粒子、金属(M)-N-C型催化剂和金属有机框架(MOFs)材料催化剂等3个方面。从合成、性能和活性中心等相关方面,对这3类催化剂进行总结。     

纳米Pd/MWCNTs催化剂的制备及其氧还原性能研究

开发高活性、高稳定性的氧还原催化剂对燃料电池和金属空气电池至关重要.本文以四羟甲基氯化磷(THPC)为还原剂,一步法制备了纳米Pd/MWCNTs催化剂.TEM表明纳米Pd在MWCNTs上均匀分布,平均粒径为3～4 nm.旋转圆盘电极(RDE)和旋转环盘电极(RRDE)结果表明纳米Pd/MWCNTs在酸性和碱性环境中均具...     

铂基催化剂氧还原测试技术的研究进展

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域,近年来各种新颖的铂基催化剂不断涌现。为了解决不同实验室使用旋转圆盘电极(RDE)对同一催化剂氧还原性能(ORR)的测试结果存在巨大差异的问题,需要对旋转圆盘电极技术进行改进和深入研究。综述了氢燃料电池领域里旋转圆盘电极测定铂基催化剂氧还原性能的研究进展,包括其薄膜制备工艺改进和电化学测试方法及条件调控。     

镧基稀土/碳纳米管复合物的氧还原催化性能

铂催化剂已经商用化,但存储量稀缺、高成本、稳定性差等缺点,使其无法实现广泛而大规模的应用。因此,寻找新的催化剂具有非常重要的意义。在本论文中,以稀土化合物为催化剂,添加碳纳米管提高电导率,制备稀土负载量为0%、9.1%、12.5%、16.7%、25.0%和100%的镧基稀土/碳纳米管催化剂。采用CV、RDE、RRDE和I-t研究镧基稀土/碳纳米管的氧还原(ORR)催化活性。研究发现,镧基稀土负载量为12.5%的催化剂电极的氧还原催化活性最强。虽然镧基稀土/碳纳米管的ORR活性与20%Pt./C相比较弱,但其耐甲醇毒性强于20%Pt./C。     

阴离子膜燃料电池阴极非贵金属催化剂研究进展

与质子交换膜燃料电池相比,阴离子交换膜燃料电池不仅能显著提高阴极氧还原反应(ORR)动力学,而且可采用非贵金属催化剂大幅降低成本和减少极板腐蚀,成为新能源领域中的研究热点。对阴离子膜燃料电池中阴极非贵金属氧还原催化剂的研究进展进行了详细评述,在此基础上提出杂原子掺杂的多孔纳米碳材料和以其为载体担载合金化的非贵金属是阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂今后的发展方向。     

非负载Pt纳米颗粒催化剂的电催化氧还原性能研究

制备了一种非负载型Pt催化剂,对其研磨并用氢气进一步还原处理。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了催化剂形貌,利用循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)方法测试电催化性能。SEM结果表明,Pt黑容易聚集在一起形成较大颗粒的二次粒子。TEM结果表明,催化剂结构多样,平均粒径较小。研磨或含氢气体处理后样品发生严重团聚。电化学测试结果表明,催化剂的起始还原电位高于商业催化剂,具有较高的氧还原活性。各种表征测试结果表明改善分散性是提高该催化剂性能的关键因素。     

不同反应体系制备的Pt-Co/C催化剂的催化还原性能

用微波法在三种不同反应体系:蒸馏水、异丙醇、乙二醇中,制备三种Pt-Co/C催化剂,运用循环伏安和线性扫描的方法,测试了不同反应体系中制备的Pt-Co/C催化剂在H_2SO_4和HClO_4溶液中,有、无CH_3OH时,对O_2的电催化还原情况,并考察了不同反应体系制备的三种催化剂抗甲醇性能。由实验结果可知,三种不同反应体系制备的Pt-Co/C催化剂中,在乙二醇反应体系中制备的Pt-Co/C(3)催化剂对O_2电催化还原性能最好,同时具有较好的抗甲醇能力。     

CoPc/C催化剂及气体扩散电极的氧还原性能

制备了碳载酞菁钴(CoPc/C)催化剂及气体扩散电极;在酸性介质中,用循环伏安、线性扫描伏安法研究了COPc/C的氧还原性能;考察了催化剂的热处理温度和载量对电极氧还原性能的影响.经700℃热处理的催化剂性能较好,气体扩散电极中催化剂的适宜载量为5 mg/cm2,电极具有良好的耐甲醇性能.交流阻抗谱的模拟结果显示,气体扩散电极的氧还原反应由电荷传递阻抗和电化学吸附阻抗共同决定.     

空气电极氧还原催化剂的研究

锌空气电池因其具有性能稳定、比能量高、放电电流大、原材料来源广泛、成本低廉等优点一直受到广泛重视.空气电极作为锌空气电池中的一部分,在锌电极的研究几乎进入停滞阶段的现在,已成为决定整个锌空气电池性能的关键,因此有必要对其进行深入的研究.利用共沉淀和溶胶凝胶法合成了两类催化剂,分析了其X射线衍射谱图,初步研究了其对氧阴极还原的极化曲线,研究结果表明:在两类催化剂中,n(Ni):n(Mn)为2:8的催化剂为最佳的共沉淀法制备的催化剂,LaNi0.5Mn0.5O3为溶胶凝胶法制备的B位Ni、Mn掺杂的最佳催化剂.     

M_cPt_s纳米催化剂的电催化氧还原性能

采用两步化学还原法合成不同Pt壳层厚度的M_cPt_s(M=Ni、Co、Cu和Ag)纳米粒子,用XRD、XPS和TEM测试分析粒子的结构和组成,动电位扫描法测试对氧还原反应的活性和抗甲醇性能。M_cPt_s纳米粒子为球形,平均粒径为35 nm,Pt壳层平均厚度约6 nm;相对于Pt/C,当M为Ni、Co时,氧还原活性提高,当M为Cu、Ag时,氧还原活性降低;Co、Cu和Ag为核芯,还可提高M_cPt_s/C的抗甲醇性能。     

二氧化锰为阴极催化剂的微生物燃料电池

以循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)考察MnO2对氧还原反应(ORR)的催化行为,并采用MnO2作为阴极氧还原催化剂构建微生物燃料电池(MFC)。结果表明,MnO2对ORR有显著的催化作用,而且其催化效果随电解质碱性增强而增强;当以肺炎克雷伯氏菌(L17)为产电微生物、3g/L葡萄糖为燃料、1mol/LKOH溶液为阴极液时,该MFC的最大输出功率可达696.3mW/m2,对应电流密度为0.25mA/cm2。