碳化钼/碳纳米片复合材料的制备及析氢性能研究

为了解决Pt基催化剂成本较高的问题,使用电弧放电和高温碳化两步法制备了一种碳纳米片负载碳化钼纳米颗粒的非贵金属催化剂。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对催化剂的晶体结构、形貌、碳化钼颗粒尺寸进行了表征分析。结果表明,700℃碳化得到的碳化钼/碳纳米片复合催化剂(Mo_2C/CNS)在酸性电解质溶液中表现出优异的析氢性能。在-10 mA/cm~2的电流密度下过电位为-221 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为68.1 mV/dec,并且1 000圈CV扫描后过电位没有明显下降,显示出优异的稳定性。     

自牺牲模板法制备氮掺杂碳化钼/碳析氢电催化剂

采用g-C₃N₄为自牺牲模板和氮源,葡萄糖为碳源,钼酸铵为钼源,制备具有二维纳米结构的氮掺杂碳化钼修饰碳纳米片(N-Mo₂C/C),并评价其电催化析氢性能。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、拉曼(Raman)等测试手段对N-Mo₂C/C的组成、形貌及结构进行分析。结果表明,氮掺杂的Mo₂C纳米颗粒均匀分散在二维碳纳米片上,粒径主要分布在3~5 nm。利用电化学工作站测试 N-Mo₂C/C的电催化析氢性能,在1 mol/L KOH溶液中,电流密度为10 mA/cm²时其对应的过电势为185 mV,Tafel斜率为69 mV/dec,经20 h循环可维持稳定的析氢电势。     

金属有机骨架衍生的自支撑Co9S8/Ni3S2纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_9S_8/Ni_3S_2电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_9S_8/Ni_3S_2的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取50、100 mA/cm~2的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取-100 mA/cm~2的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。     

Pd/WS2二维复合材料的制备及电解水制氢性能研究

首先通过锂离子插层制备了薄层WS_2纳米片,并采用软模板法在纳米片上负载了Pd纳米颗粒,得到Pd/WS_2复合材料。X射线衍射光谱(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的结果表明Pd颗粒均匀地负载在了WS_2纳米片上。随后在H_2SO_4水溶液中对该复合材料进行电解水析氢性能测试,线性扫描伏安法(LSV)结果表明:复合材料的析氢起始电位为155 mV,塔菲尔斜率为121.79 mV·dec~(-1),总体催化性能相比于单纯的WS_2纳米片和Pd金属颗粒有很大的改善,也优于当前商用的Pd/C催化剂。采用循环伏安法(CV)测试其稳定性,结果表明Pd/WS_2复合物电极具有优良的电催化析氢稳定性。     

泡沫镍上原位制备FeOOH/MoSey及电解水双催化性能研究

为设计同时具有优异电催化析氢和析氧性能的过渡金属基催化剂，以泡沫镍为载体和集流体，原位制备了硒化钼(MoSe_y)和羟基氧化铁(FeOOH),得到FeOOH/MoSe_y@Ni复合材料。表征结果表明，先通过电沉积法原位生长了MoSe_y层，再以该MoSe_y层为成核点，通过常温浸泡生长形成了由FeOOH纳米片组成的微米绒球。在三电极体系中，以1 mol·L^-1 KOH溶液为电解液，该FeOOH/MoSe_y@Ni复合材料表现出优异的电催化析氢和析氧性能，析氢电流密度在10 mA·cm^-2时的过电位(η₁₀)为128 mV,析氧电流密度在20 mA·cm^-2时的过电位(η₂₀)为306 mV,并具有较小的Tafel斜率、较大的双电层电容(C_dl)值和良好的稳定性。FeOOH/MoSe_y@Ni优异的电催化性能主要由于三维开放的泡沫镍骨架和原...     

掺银木质素基碳纤维的制备及电催化性能研究

用静电纺丝法制备了高浓度木质素基纤维垫，经热稳定和碳化，纤维垫转化为木质素基碳纤维，用作银纳米颗粒载体。用环境扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光拉曼光谱(Raman)、能量色散X-射线光谱(EDS)等对材料进行表征，组装成全固态锌空气电池进行测试。当木质素、聚乙烯醇(PVA)和银纳米颗粒质量比为4∶4∶1时，制备的掺银纳米颗粒木质素基碳纳米纤维(CNFs-Ag)催化剂的极限电流密度为5 mA/cm²，塔菲尔斜率为112.6 mV/dec，电子转移数为3.9，毒性物质产率低于10%，稳定性及耐甲醇性能优于20%(wt)商用铂碳催化剂(Pt/C)，具有优异的氧还原电催化性能和广阔的的应用前景。     

Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料制备及其电催化析氢性能

开发高效、稳定的电催化剂是实现电解水制氢反应(HER)的关键。成功制备以炔基化的聚乙烯醇(alkyne-PVA)改性的单层氧化石墨烯(GO)载体,以硼氢化钠为还原剂,将钯纳米颗粒(Pd-NPs)负载在碳基材料上,合成Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料。通过SEM、TEM、XRD、N₂吸附-脱附和XPS对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel 斜率,分析所合成催化剂的电催化析氢性能。结果表明Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料在酸性电解质中的电催化性能较好,其在电流密度为-10 mA·cm^-2时,过电位仅为-80 mV。     

Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料制备及其电催化析氢性能

开发高效、稳定的电催化剂是实现电解水制氢反应(HER)的关键。成功制备以炔基化的聚乙烯醇(alkyne-PVA)改性的单层氧化石墨烯(GO)载体,以硼氢化钠为还原剂,将钯纳米颗粒(Pd-NPs)负载在碳基材料上,合成Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料。通过SEM、TEM、XRD、N2吸附-脱附和XPS对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel斜率,分析所合成催化剂的电催化析氢性能。结果表明Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料在酸性电解质中的电催化性能较好,其在电流密度为-10 mA·cm^-2时,过电位仅为-80 mV。     

α-MoC/石墨烯复合材料的氧还原性能及其在微生物燃料电池中的应用

用改良Hummers法和碳热还原法分别制备了石墨烯和碳化钼。用扫描电子显微镜和XRD表征了材料的形貌和结构。用循环伏安和线性扫描测试了材料的氧还原催化性能,结果发现,复合材料的氧还原峰电流和起峰电位均大大优于单一材料,表现出较好的催化性能。含有12mg/cm~2α-MoC碳化钼/石墨烯复合材料作为阴极催化剂的MFCs最大功率密度为417.6m W/m~2,达到商业铂碳的68.2%。因此,廉价的α-MoC/石墨烯复合材料作为MFCs阴极氧还原催化剂具有巨大的应用潜力。     

Pt/MoC的制备及其在电解水析氢反应中的性能

以钼酸铵和氯铂酸为原料,通过原位程序升温碳化过程,合成制备了负载量不同的Pt/MoC催化剂并考察了其在电解水析氢反应（HER）中的催化性能。用XRD、BET、SEM、TEM、XPS对催化剂的微观结构及物理化学性质进行了表征。结果表明,Pt的负载改变了碳化过程碳化钼形成的拓扑结构,Pt负载后的样品更容易形成α-Mo2C相。Pt的负载量对碳化钼催化剂在HER反应中具有显著的影响,1.6Pt/MoC催化剂表现出最优催化效果（过电势ηonset= 108 mV,塔菲尔斜率b = 74 mV/dec）及较低的阻抗（18.77 Ω）,可以与商业Pt/C催化剂相媲美。     

石墨烯负载MoS_2-Ni_2P纳米颗粒作为析氢电催化剂

寻找高效廉价的析氢催化剂是"氢经济"中关键一步。通过溶剂热法合成以还原氧化石墨烯(RGO)为载体的Ni_2P纳米颗粒和MoS_2复合材料。在酸性条件下,该复合材料对析氢反应表现出较高的催化活性和稳定性,当电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电位为160 mV,塔菲尔斜率为35.9 mV·dec~(-1)。Ni_2P和MoS_2之间的协同效应用氢溢流理论进行了解释。     

Ni/CrN高效电催化剂的制备及其析氢催化性能

氢能是一种具有高能量密度的清洁能源,如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题,而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式,对促进氢能经济的发展具有重要的意义。通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂(Ni/CrN)。利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征,并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。结果表明,Ni/CrN形成了具有珊瑚状的微观结构,优化了电子结构,并且表现出了优异的析氢反应(HER)催化性能,在10 mA/cm²的电流密度下,Ni/CrN催化剂仅有66 mV的过电位和47 mV/dec的Tafel斜率,十分接近商业的Pt/C催化剂的析氢性能。在10 mA/cm²电流密度的循环稳定性测试中,Ni/CrN表现出比商业Pt/C电极更优越的催化稳定性。     

氮掺杂石墨碳负载Fe–Mn普鲁士蓝类似物衍生的FeMnO的制备及活化单过硫酸盐去除罗丹明B

非均相催化剂活化单过硫酸盐(PMS)是一种有效的有机污染物降解技术,但硫酸根自由基(SO₄~–·)受限于较高的氧化还原电位难以得到有效激活。采用高温碳化法合成了过渡族双金属氧化物(Fe_0.099Mn_0.901O/Fe Mn₂O₄)氮掺杂碳纳米片催化剂,在PMS活化体系中,FeMnO@C在10 min内对罗丹明B(RhB)的降解效率达到95.5%。FeMnO@C催化剂表面Mn、Fe离子之间的氧化还原循环过程同PMS自分解后产生的一系列自由基,使得FeMnO@C保持优异的催化降解性能。捕获实验表明¹O₂是主要贡献自由基。此外,FeMnO@C催化剂磁性可回收具有良好的循环稳定性,在连续5次循环后仍保持84.7%的Rh B去除率。     

木质素碳/氧化锌复合材料的制备及其光催化性能

以来源于造纸黑液的碱木质素和草酸锌为前驱体采用原位碳化法制备了不同碳含量的木质素碳/氧化锌(LC/ZnO)纳米复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外分光光度计(UV-Vis)、荧光光谱仪(PL)等对所制备的LC/ZnO的微观结构和光学性质进行了表征。结果表明所制备的LC/ZnO复合材料是由高度分散的ZnO纳米颗粒和木质素碳纳米片构成,表现出优异的紫外和可见光吸收性能。以常见的有机污染物罗丹明B为降解对象,在模拟太阳光的照射下对所制备的LC/ZnO复合材料的光催化性能进行了研究。结果表明,LC/ZnO复合材料的光催化性能明显优于纯的ZnO纳米颗粒和氧化石墨烯/ZnO复合材料,且在550℃炭化温度下所制备的LC/ZnO-550复合材料具有最佳的光催化性能。     

电沉积镍铁锰三元纳米片在析氧反应中的性能研究

电解水制氢技术作为当下最有效的制氢技术之一,低成本、高性能的电催化剂是提高电解水效率的理想选择。本文采用了一步电沉积法在泡沫镍上制备镍、铁、锰三元纳米片(NiFeMn)作为析氧反应(OER)电催化剂。当电流密度为20mA·cm^-2时,过电位达到297mV,Tafel斜率达到了143.2mV·dec^-1,经过了12小时的I-T测试后,其电流密度为86mV·cm^-2,表明该材料具有较好的稳定性和活性。NiFeMn纳米片良好的OER性能可能是由于其高的电化学活性表面积,为OER反应提供了更多的活性位点。     

Co/NiCoP纳米异质结构催化剂的构建及其析氢性能

开发价格便宜、高效稳定的析氢反应(HER)电催化剂是实现电解水制氢技术工业规模化的关键问题之一。本文利用低温电化学沉积法成功地在碳布表面原位生长了Co/NiCoP异质纳米结构的自支撑催化电极，结合表征技术、以1mol/L NaOH溶液为碱性电解质的理论计算和以三电极体系电化学工作站为基础的实验测试对该材料进行了HER性能评估。结果表明，Co/NiCoP异质结构催化剂具有优异的析氢性能，在碱性介质中，获取10mA/cm²的催化电流密度所需要的过电位仅为54mV,Tafel斜率为78.5mV/dec。这主要归因于：(1)Co/NiCoP纳米催化剂在碳布表面良好的分散性增加了暴露的催化活性位点数；(2)异质结构的存在促进了Co与NiCoP之间电子的相互作用，加快了电荷转移速率并提高了材料的导电性；(3)理论计算表明，Co/NiCoP异质结构的构建能有效地降低水的解离势垒，促进水的解离，进而加快HER动力学反应过程。因此，Co/NiCoP纳米异质结构催化剂的构建丰富了非贵金属纳米材料在电解水制氢领域的应用。     

Surface alloy/GC电催化剂的制备与结构表征

以玻碳为载体 ,通过电化学方法在其表面沉积催化物质研制表面合金纳米电催化剂 (Surfacealloy/GC)。运用电化学循环伏安 (CV)和扫描电镜 (SEM)等技术进行结构和性能表征。结果表明 ,在Surfacealloy/GC上氢的析出电位负移至 - 0 40V(SCE) ,与Pt电极相比负移约 15 0mV ,具有较高的电还原应用价值。另外 ,Surfacealloy/GC的氧化电位正移至 0 64V ,其稳定性明显高于电有机合成中常用的Pb、Sb、Cu等金属电极。SEM研究结果表明 ,所研制的Surfacealloy/GC电催化剂是一种由粒度约为 70nm的纳米颗粒合金组成的薄膜     

MoS2@CP纳米片制备及其电催化产氢性能的研究

MoS2由于其优越的电催化产氢性能而引起关注,由于团聚和电导性较差导致其催化性能被阻碍.研究了碳纸上垂直生长的MoS2纳米片.通过水热和高温碳化的方法合成了MoS2@CP纳米片.合成的MoS2@CP提高了MoS2电导率,减少了坍塌,从而提高了其电催化性能.MoS2@CP的塔菲尔斜率为73.74 mV/dec,起始电压为77.9 mV,电流密度为10 mA·cm-2时的过电压为-118.6 mV,经过1000次循环,在0.5 mol/LH2SO4中,MoS2@CP具有优越的稳定性.     

RuCs/Mo2C纳米棒制备及电催化析氢的研究

Mo₂C被誉为最有前景的电催化产氢催化剂,然而其高的过电压和低效率限制了其规模化生产。本文通过简单的溶剂热法制备了Ru纳米簇(Ru Cs/Mo₂C)负载Mo₂C纳米棒复合材料。研究表明,Ru Cs/Mo₂C(Ru,质量分数7.79%)表现出优异的电催化产氢性能,电流密度在10 mA·cm^-2的过电势为104 mV,Tafel斜率为96.30 mV·dec^-1。同时,Ru Cs/Mo₂C催化剂具有优异的稳定性,在工业电解系统中具有广阔的应用前景。     

热处理温度调控Co_3O_4介孔纳米片的孔结构及OER性能

Co_3O_4纳米片是一种性能优异的电催化剂材料,其多孔结构影响电催化析氧(OER)的性能。通过溶剂热法结合热处理调控Co_3O_4纳米片的多孔结构,并利用XRD、SEM、TEM和N_2吸附-脱附(BET)等方法表征了不同煅烧温度(300、400、500℃)下的物相与多孔结构。电催化性能表征结果表明,Co_3O_4纳米片具有最大的比表面积(93. 02 m~2/g)、最优的介孔孔容(0. 196 cm~3/g)的多孔结构(300℃煅烧样品),表现出最优的OER性能:起始电位为1. 539 V,过电势为0. 37 V,Tafel斜率为49 m V/dec。