核壳型铂基燃料电池催化剂制备方法与微结构控制综述

目前催化剂是制约燃料电池走向市场的关键,限制了燃料电池发展及大规模商业应用,寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法十分迫切.具有核壳结构的Pt-M催化剂不仅可以降低贵金属铂的用量,而且能显著提高催化活性.本文总结了近20年来核壳型Pt-M催化剂的主要制备方法,包括晶种法、去合金法、电化学沉积法等;重点分析非贵金属-铂核壳结构(M@Pt,M = Ni、Co、Cu、Fe等)的制备途径,总结了每种方法的特点.另外,还讨论了核壳结构在纳米层次上的精细控制和设计方案,这有助于理解核壳结构对电化学催化动力学的作用规律,更好地设计开发新型催化剂.     

核壳型铂基燃料电池催化剂制备方法与微结构控制综述

目前催化剂是制约燃料电池走向市场的关键,限制了燃料电池发展及大规模商业应用,寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法十分迫切。具有核壳结构的Pt-M催化剂不仅可以降低贵金属铂的用量,而且能显著提高催化活性。本文总结了近20年来核壳型Pt-M催化剂的主要制备方法,包括晶种法、去合金法、电化学沉积法等;重点分析非贵金属-铂核壳结构(M@Pt,M=Ni、Co、Cu、Fe等)的制备途径,总结了每种方法的特点。另外,还讨论了核壳结构在纳米层次上的精细控制和设计方案,这有助于理解核壳结构对电化学催化动力学的作用规律,更好地设计开发新型催化剂。     

硼氢化钠还原烯烃和炔烃的研究进展

不饱和烃催化加氢一直是制备某些无法从自然界得到或合成的化合物的重要途径,在化工生产和科学研究中极其重要.传统不饱和烃的加氢不仅需要催化剂,而且需要较高的反应温度和氢气压力,反应条件相对苛刻,不仅对反应设备要求严格,而且在反应过程中存在安全隐患.因此亟需探索一种反应条件温和、催化效果优异的催化体系.1942年Brown发现了NaBH4,其是一种廉价、安全、稳定、易于处理且具有较强还原性的氢化物,一般用来还原醛酮羰基.Brown还在1962年首次报道了NaBH4在催化剂的存在下还原简单烯烃,这是NaBH4作为氢供体还原不饱和烃的第一个实例,该方法成为传统不饱和烃还原的替代性方法.NaBH4能还原不饱和烃是基于催化剂的存在,催化剂分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂,贵金属催化剂主要为Pd、In、Ru等,非贵金属主要为Cu、Co、Ni等.贵金属和非贵金属催化剂是指其金属盐或负载在载体上的金属纳米粒子,都具有高催化活性和化学稳定性.最初的研究主要以贵金属催化剂为主,然而贵金属催化剂在价格上相对昂贵,某些贵金属催化剂存在使用后即失活的缺点,这明显增加了成本.随着研究的深入,学者们逐渐倾向于非贵金属催化剂,非贵金属催化剂不仅价格低廉,而且在催化效果上与贵金属催化剂相差无几.目前,贵金属催化剂/NaBH4催化体系下,不饱和烃的转化率最高可以达到99％;而非贵金属催化剂/NaBH4催化体系下,不饱和烃的转化率最高可以达到98％.可见两种催化剂催化还原不饱和烃的转化率基本一致,催化活性基本相同.因此,无特殊要求时可以使用非贵金属催化剂代替某些贵金属催化剂.本文综述了近年来NaBH4在不同非贵金属/贵金属催化剂条件下还原烯烃和炔烃的研究成果和进展,包括含有敏感保护基团的烯烃和炔烃,并进行了总结和展望.     

形貌可控的铂类贵金属氧还原电催化剂研究进展

金属-空气电池是一类以金属燃料作为负极活性物质,空气中的氧气作为正极活性物质,正负极活性物质反应产生的化学能通过电化学反应而非燃烧反应转化成电能的环境友好型燃料电池。金属-空气电池的成功运行往往依赖于高效的空气电极,氧还原过程作为空气电极的主反应,还原过程中产生的高过电位严重制约着金属-空气电池的大规模应用。目前金属-空气电池阴极普遍使用昂贵的Pt/C氧还原催化剂材料来降低氧还原过程的高过电位,最大程度地减少电池电压以及输出功率的损失。氧还原催化剂材料的研究重点是寻找更高效、廉价的催化剂。目前常见的氧还原催化剂主要包含铂类贵金属、过渡金属氧化物和硫化物以及碳基非金属复合材料,其中铂类贵金属型氧还原催化剂凭借其优异的氧还原催化性能得到广泛关注。随着化学合成手段的不断发展,越来越多的异质结构铂类贵金属型氧还原催化剂被合成,基于各组分之间独特的协同作用,其往往表现出优于单一组分的催化性能,近几年对铂类贵金属型氧还原催化剂的研究主要集中在以下两个方面:(1)探究铂类贵金属催化剂表面元素组成及原子排布与其催化活性之间的关系,例如,研究纯铂纳米晶的晶面指数与其氧还原催化性能之间的关系;(2)设计特殊结构的铂类催化剂来达到优化氧还原催化剂催化活性和降低材料生产成本的目的,例如,在廉价核材料上通过异质外延生长的方式沉积铂壳层,可大大提升铂原子的催化效率。本文归纳了形貌可控的铂类贵金属氧还原催化剂的研究进展,分别对规则多面体型纯铂及铂类合金纳米晶,特殊结构铂类合金纳米晶氧还原催化剂进行了详细介绍。此外,为了更好地理解氧还原的催化机制,本文就氧还原过程的动力学与热力学原理进行了简单总结。由于铂类贵金属氧还原催化剂的形貌对其氧还原活性影响很大,为了更好地说明催化剂形貌的设计与合成原理,本文还补充说明了纳米晶体的生长机制。最后,简要总结了铂类贵金属型氧还原催化剂未来的研究重点。     

非贵金属催化剂催化硼氢化钠水解制氢的研究进展

硼氢化钠水解制氢具有安全方便、放氢温度适中、反应易于控制和制氢纯度高等优点,现已成为制氢技术中的研究热点.但纯硼氢化钠水解放氢速率缓慢、产氢率低,常需添加合适的催化剂以改善硼氢化钠水解的放氢速率.金属催化剂因其具有高的催化活性已被广泛研究.其中,贵金属由于价格昂贵限制了它们的使用,而非贵金属价格低且储量高.并且,近年来有研究发现某些非贵金属催化剂的催化活性有了显著提高.因此,从经济角度出发考虑,将非贵金属用于催化硼氢化钠水解制氢是非常可取的.本文结合近几年国内外非贵金属催化剂催化硼氢化钠水解的发展现状,介绍了非负载型催化剂和负载型催化剂的研究进展,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

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。     

CO催化氧化催化剂活性成分研究进展

CO催化氧化消除在环保、氢燃料电池等许多领域具有重要应用,其催化剂活性成分可以使用单组分及多组分的贵金属、非贵金属、金属氧化物、复合氧化物等。非贵金属活性成分的使用对降低催化剂的成本具有重要意义。从催化剂活性成分的角度来审视不同催化剂的催化性能和构效关系,综述了CO催化氧化催化剂的研究现状。     

多孔金属材料用于废气净化贵金属催化剂载体的研究

依据酸性材料对贵金属催化剂具有毒性的观点,列举了汽车尾气净化催化剂陶瓷载体、柴油机车尾气烟尘微粒过滤器陶瓷过滤材料等存在的不足,提出了工业生产中几个值得开发或再研究的项目。粉末冶金多孔金属蜂窝做为汽车用贵金属催化剂载体具有可涂性好、涂层不易剥落、涂层量多、体积比表面较金属片大等优点,可以进一步提高催化活性,降低转化温度,节省贵金属,降低能耗。多孔金属材料载体价格高,完全可以采用降低贵金属耗量和减小催化器体积降低成本。     

甲烷干气重整镍基复合结构催化剂的研究进展

甲烷干气重整反应能够实现温室气体CO₂和CH₄的转化利用, 其反应产物合成气可以通过费托反应进一步生产液态燃料, 该反应在能源与环境领域具有重要意义。寻找合适的催化剂是推动甲烷干气重整工业化的关键。镍基复合结构催化剂因其与贵金属催化剂相媲美的催化活性和低廉的工业成本而受到广泛关注, 但镍基催化剂存在高温下长时间反应后碳沉积和金属组分烧结所导致的失活问题, 严重影响了其工业应用和干气重整化工的发展。本文从镍基复合结构催化剂的成分、结构、制备方法及模拟计算设计等方面出发, 介绍了改进镍基催化剂活性、抗积碳和抗烧结性能的研究进展, 并结合最新的原子催化以及原位表征等研究进展对干气重整研究的发展趋势进行 展望。     

碱金属碳酸盐掺杂的Ce-Zr-O对甲烷转化催化性能的影响

采用共沉淀法制备了Ce-Zr-O载体,通过等体积浸渍法得到碱金属碳酸盐掺杂的M2CO3/Ce-Zr-O(M=Li,Na,K)催化剂。采用自制的小型固定床反应器考察了催化剂的甲烷转化催化活性,并利用XRD和H2-TPR对催化剂进行了表征。研究结果表明,碱金属碳酸盐的添加均不同程度地提高了Ce-Zr-O催化剂的催化活性、抗积碳性能和抗烧结性能,还改善了催化剂表面氧物种和体相氧物种的氧化还原性能。     

等离子体作用下二氧化碳氧化甲烷反应研究——过渡金属氧化物的催化作用

采用浸渍法制备一系列负载型过渡金属氧化物催化剂,常压下考察过渡金属氧化物催化剂与等离子体共同作用下对CO2氧化甲烷反应的影响.结果表明:当CO2添加量为30%时不同过渡金属催化剂对甲烷反应影响不同.其中CuO/γ-Al2O3催化剂具有较高XCH4,而Cr2O3/γ-Al2O3催化剂则表现出较高C2烃选择性.分析了过渡金...     

Recent advances in metals and metal oxides as catalysts for vanadium redox flow battery:Properties,structures,and perspectives

Vanadium redox flow battery(VRFB)is a kind of battery with wide application prospect.Electrode mate-rial is one of the key components of VRFB,and its stability directly affects the performance of battery.Among all kinds of electrode materials,carbon-based material has the best comprehensive properties.However,carbon-based electrodes still have disadvantages such as poor hydrophilicity and low electro-chemical activity which need to be improved.One of the effective ways to improve the performance of electrode is to modify carbon-based material with metals and metal oxides.The metal catalysts have excellent electrical conductivity and high catalytic activity.The metal oxide catalysts have the advan-tages of low cost,wide variety and strong oxidizing properties.This work introduced the application of metal and metal oxide modified electrodes in VRFB in recent years,classified the catalysts,studied their catalytic performance and mechanism.The metal catalysts were reviewed from precious metals and base metals.The metal oxide catalysts were classified and discussed according to the similar proper-ties of the same group elements.This work compared different modification methods,summarized the research progress of metal and metal oxide modification,and proposes the future development direction of electrodes and catalysts.     

纳米MoS2的合成及其在重油深度转化中的应用

MoS_2是在催化剂领域、光化学领域以及润滑油领域都广受关注的材料。因其良好的加氢活性,通常在石油化工领域中作为加氢过程的催化剂活性组分。介绍了纳米MoS_2的插层剥离法、气相化学沉积法、前驱物分解法、水热合成法等多种合成方法,列举了不同方法合成MoS_2产品在形貌、大小、比表面积等方面的特点,并针对重油转化所需催化剂的特性对不同合成方法的优缺点进行了对比。最后简单介绍了意大利ENI公司以非负载MoS_2作为催化剂在浆态床加氢工业应用的实例。     

金属-空气电池氧还原反应催化剂研究进展

氧还原电极催化剂是金属空气电池的关键电极材料,综述了金属-空气电池氧还原电极催化剂的研究进展,包括贵金属及其合金、过渡金属氧化物以及过渡金属有机大环化合物等催化剂.过渡金属氧化物因价格低廉、性能优良而具有广阔的应用前景.通过对各种氧还原反应催化剂性能进行比较,认为未来金属-空气电池发展的关键在于寻求更高性价比的氧还原反应催化剂.     

锰基催化剂低温选择催化还原处理NOx的研究现状与展望

锰基催化剂具有较高的催化活性,且成本低,在选择性催化还原(SCR)尾气中的NO_x领域具有广阔应用前景。介绍了锰基低温SCR催化剂处理NO_x的最新进展。锰基催化剂可分为两类:锰氧化物催化剂和锰基掺杂过渡金属氧化物催化剂。针对锰氧化物催化剂,主要分析了锰的氧化价态、结晶形态、比表面积以及形态学对催化效果的影响;对于锰基掺杂过渡金属氧化物催化剂,重点分析了掺杂物对催化剂的催化能力、催化温度范围、N_2的选择性和抗SO_2、H_2O毒化能力的影响。最后在总结全文的基础上,展望了锰基催化剂的应用前景。     

Enhanced catalytic activity of nanoscale platinum islands loaded onto SnO<Subscript>2</Subscript> thin film for sensitive LPG gas sensors

In the present study, different catalysts (∼ 10 nm thick) including metals, noble metals and metal oxides, were loaded in dotted island form over SnO₂ thin film for LPG gas detection. A comparison of various catalysts indicated that the presence of platinum dotted islands over SnO₂ thin film deposited by r.f. sputtering exhibited enhanced response characteristics with a high sensitivity, ∼ 742, at an operating temperature of ∼ 280°C. Different characterization techniques have been employed such as atomic force microscopy, X-ray diffraction and UV-vis spectroscopy, to study the surface morphology, grain size and optical properties of the deposited thin films. The results suggest the possibility of utilizing the sensor element with the present novel method of catalyst dispersal for the efficient detection of LPG.     

Partially decomposed PVP as a surface modification of ZnO,CdO, ZnS and CdS nanostructures for enhanced stability and catalytic activity towards sulphamethoxazole degradation

In order to prepare stable and efficient photocatalysts, a microwave-furnace-assisted method using ethylene glycol (EG) as a solvent has been employed to obtain metal oxides and metal sulphides nanocatalysts with partial decomposition of the polyvinylpyrrolidone (PVP) cap (P-ZnO, P-CdO, P-ZnS and P-CdS); this associates the protective functionality of PVP with enhanced catalytic activity due to effective carriers transfer. The as-produced catalysts characterization revealed an extended growth of metal oxides compared with metal sulphides, which is attributed to the competition of EG as the source of oxygen with PVP to capsulate metal oxides during the synthesis. Infrared spectra confirmed the PVP–metal complexation and partial decomposition of the polymer. Metal sulphides exhibited a better catalytic activity compared with metal oxides for sulphamethoxazole degradation in UVC light owing to their size and morphology impact; further, P-CdS induced 71% antibiotic degradation after 10 h of illumination with visible light compared with only 48% for P-ZnS, 29% for P-ZdO and 20% for P-CdO due to improved light absorption. Interestingly, around 86% degradation was induced by mixing P-CdS with P-ZnS in 80:20% ratio, indicating an enhanced visible light activity due to improved electron–hole pair separation and high redox potential of P-ZnS.     

金属氧化物负载RuS2的加氢脱硫异相催化

CoMo／A1203和NiMo／A1203等催化剂体系已经基本实现了工业化,尽管RuS2比它们的加氢脱硫活性会更好,因其成本较高而致使到目前为止尚不能完全实现工业化的应用,但是该催化剂体系仍是今后发展的重要趋势之一。本文从理论分析和实验方法总结了金属氧化物负载RuS2催化剂的制备、性质及其在加氢脱硫方面的活性与应用,并且描述了今后寻找新载体以及纳米RuS2发展方向。     

影响铜-锰复合氧化物催化燃烧挥发性有机物的因素

为了研究非贵金属系铜-锰复合氧化物催化剂在催化燃烧挥发性有机物领域的应用,对铜-锰复合氧化物催化剂的制备、催化机理及其催化燃烧挥发性有机物的研究进展进行综述,重点比较制备方法、助剂、载体等因素对催化剂性能的影响,并为今后的研究提出较为合理的建议。     

镁基储氢材料催化的研究进展

过去十几年国内外对镁基储氢材料的催化剂研究表明,使用催化剂能够有效改善材料的表面特性,提高材料的吸放氢动力学性能。目前常用的催化剂体系有过渡族金属、金属氧化物、金属卤化物、金属间化合物以及碳素非金属。通过比较发现,不同种类的催化剂催化效果不同,相应的催化机理也有所差异。目前,国外研究者已发现几种催化剂共同催化的效果显著,国内应加强金属间化合物和碳素材料催化剂以及不同催化剂共同作用方面的研究。