Mo掺杂La0.8Sr0.2Co1-xMoxO3-δ的电催化析氧、析氢性能研究

电解水制氢是一种清洁、高效和安全的技术,极具发展潜力的制氢手段。电解水制氢过程中,阳极析氧（OER）和阴极析氢（HER）动力学缓慢,需要较高的过电位突破能量壁垒,导致耗能较高。高效OER和HER催化剂的使用是提高电解水效率的关键,开发高活性、高稳定性和低成本的OER和HER双功能电催化剂,可极大促进电解水制氢的产 业化发展。钙钛矿氧化物（结构式ABO₃）电催化剂具有储量丰富、结构与成分易调控等优点,在电催化水分解制氢催化剂的研究中广受关注。钙钛矿氧化物的B位离子掺杂是增强其电催化活性的常见策略,合理选择B位掺杂元素的种 类和含量,不仅可调控钙钛矿氧化物的晶体结构、获得更高的催化活性,还可赋予其双功能催化性能。以La_0.8Sr_0.2CoO_3-δ钙钛矿氧化物为原料,通过高价Mo离子掺杂,采用固相合成法制备了La_0.8Sr_0.2Co_1-xMo_xO_3-δ（LSCM,x=0、0.05、0.1、0.2）系列钙钛矿材料,研究了Mo掺杂量（质量分数）对钙钛矿材料电催化析氧和析氢性能的影响。结果表明,掺杂少量Mo元素,不会改变LSCM的物相和微观形貌,但可有效提升OER和HER的催化活性,其主要原因是Mo掺杂改变了Co的价态、氧空位和晶体结构对称性。适量Mo元素掺杂对LSC钙钛矿氧化物的析氢和析氧性能均有提高,但随着Mo掺杂量增多,LSCM的OER和HER催化活性均开始下降。当Mo质量分数为5%时,La_0.8Sr_0.2Co_0.95Mo_0.05O_3-δ（LSCM-5）具有最优异的OER和HER催化活性,在10 mA?cm^-2电流密度下,OER和HER过电位分别为457和320 mV,Tafel斜率分别为89和32 mV?dec^-1。本研究证明,B位Mo掺杂,对开发低成本、高性能的析氢和析氧双功能钙钛矿氧化物电催化剂具有一定实用价值。     

Mn掺杂Co3O4电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应（OER）作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物（AB₂O₄）具有特殊的电子结构和优异的OER 性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co₃O₄电催化剂Mn-Co₃O₄,研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co₃O₄的OER催化性能。制备的Mn-Co₃O₄ 催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA?cm^-2下,其过电位分别为 270和335 mV。Mn-Co₃O₄同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV?dec^-1。此外,Mn-Co₃O₄还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA?cm^-2下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路 。     

具有高效光催化析氢和污染物降解性能的三维多孔V2O5/g-C3N4制备

面对能源日益短缺和水环境污染问题,开发高性能催化剂用于光催化析氢和污染物降解具有重要意义。采用热聚合法制备复合催化剂V₂O₅/g-C₃N₄,测试结果表明该复合催化剂具备稳定的三维多孔结构,比表面积大,表面活性位点多。V₂O₅负载可以增强g-C₃N₄的光吸收能力,促进光生电荷的分离转移,进而提高其光催化活性。在可见光照射下V₂O₅/g-C₃N₄具有优异的产氢活性和较高的光催化降解RhB性能,其析氢活性为1.38 mmol?g^-1?h^-1,降解RhB性能为96.85%。通过活性粒子捕获实验探究了催化过程中RhB的降解机制,结果表明在RhB的光催化降解过程中超氧自由基起着至关重要的作用。该研究对制备高活性的可见光响应催化剂具有指导意义。     

Ni-Co /MoS2复合电沉积行为及析氢性能研究

为提高Ni-Co合金的电催化析氢活性,在制备过程中加入MoS_2粒子。采用循环伏安与计时电流法研究了Ni-Co/MoS_2复合电极在柠檬酸钠体系电解液中的电沉积行为;通过阴极极化曲线与电化学交流阻抗考察了复合电极在碱性环境下的电催化析氢性能。结果表明,MoS_2颗粒加入电解液后,吸附于电极表面,改变了电极表面的活性位点,成核弛豫时间减少,成核速率提高,形核过程完全转变为三维瞬时成核。当电位小于-1.0V时,MoS_2颗粒促进了Ni-Co的电化学还原。当电位大于-1.0V时,MoS_2颗粒抑制Ni-Co的电化学还原。Ni-Co/MoS_2复合电极表面粗糙多孔,有大的比表面积,与Ni-Co电极相比,Ni-Co/MoS_2复合电极析氢催化性能更高。     

电极表面结构对电浮选中氢气气泡物理特征的影响

研究了电浮选中多孔镍阴极的微观结构及润湿性变化对氢气泡特征的影响。通过酸法刻蚀及氟硅烷表面改性处理,考察处理前后多孔镍阴极表面微观结构及润湿性变化对氢气泡尺寸、浓度和上升速度的影响。结果表明,酸法刻蚀可提高多孔镍阴极材料表面的粗糙度,增加电极的裂纹、裂隙及溶出粒子间的孔隙;经酸法刻蚀处理后,电极的亲水性显著提高,并且随着刻蚀时间的增加,多孔镍阴极表面亲水性增强;氟硅烷改性可使多孔镍阴极表面疏水化,且其表面经刻蚀粗糙化处理后,氟硅烷的改性效果更显著;多孔镍阴极表面亲水性越强,电解产生的氢气泡尺寸越小,气泡浓度或气泡生成量越高,反之亦然;在电解氢气泡的尺度范围内,气泡上升速度与尺寸呈线性相关,气泡尺寸越大,上升速度越快。      

阴极电流密度对超高强钢锌镍镀层腐蚀及氢脆性能的影响

碱性电镀锌镍因生产过程更环保、镀层耐蚀性好等优点，已成为代镉技术的首选。但是，由于氢脆等原因，暂未应用于超高强钢A100的表面防护。采用一种碱性镀液配方，在不同阴极电流密度下对超高强钢A100表面进行电镀及钝化，同时对钝化后的镀层进行了物相、微观形貌、电化学性能、盐雾、氢脆等组织及性能进行表征。结果表明：在阴极电流密度为2—4 A?dm^-2范围内，可得到单一γ相镀层，并且镍含量在12%—13%左右；当阴极电流密度为2 A?dm^-2时，析氢反应进行得比高电流密度时剧烈，电镀效率较低，需要更长的电镀时间才能得到与阴极电流密度为3—4 A?dm^-2时耐蚀性相近的镀层。本镀液配方制备的镀层氢脆性能好，带有镀层的试棒均通过了200 h缺口拉伸测试，且在3—4 A?dm^-2阴极电流密度电镀时渗氢电流也保持在了一个较低水平。     

电化学析氢镍基合金材料研究进展

氢气作为一种新型绿色的可再生能源,不仅能有效缓解能源危机问题,而且还可以保护环境。过渡金属镍发现在碱性溶液中具有较高的析氢活性;由于邻近杂原子具有改变镍原子表面吸附能/解吸能的能力,还可以为某些中间体提供吸附/解吸中心,因此镍基合金的形成更有利于促进镍的电化学析氢反应。本文综述了近年来二元及多元镍基合金材料的制备方法,探讨了材料结构与电催化析氢性能之间的联系。并在此基础上,对电催化析氢镍基合金材料的研究方向和应用前景进行了展望。     

盐+碱协同对多孔碳电极材料电化学性能的影响

超级电容器作为一类新兴的能量存储转换器件,因其充放电速度快、寿命长和安全环保的特点而受到推崇。其中,用于超级电容器的电极材料一直是人们的研究重点,综合原料来源、价格和制备工艺等因素,多孔碳电极材料成为首选。盐模板法和KOH化学活化法都是制备多孔碳电极常用的方法,前者产物的孔结构以介孔为主,但操作复杂;后者活化产物比表面积大,可以精确控制多孔碳电极的孔径分布和孔体积,但该法活化后的多孔碳多以微孔为主。若将两者结合,形成优势互补,协同构建合理的碳材料结构,有助于提升多孔碳电极的电化学性能。以锂电负极行业的固废——针状焦的生焦粉为原料,利用模板和化学活化相结合的方法制备电极材料,探索盐（KCl）和碱（KOH）的添加比例对碳电极材料电化学性能的影响。研究结果表明,两种方法相结合制备得到的多孔碳样品的碳结构以表面缺陷较多的无定型碳为主。随着KOH加入量的增加,无定型结构的碳增加,但是加入过量的KOH并不能提高无定型碳的含量。三电极测试分析发现,样品PC-2表现出优异的电容性能,在1 A·g^-1的电流密度下,质量比电容达到266.9 A·g^-1;在10 A·g^-1的高电流密度下,容量保持率高达79.4%。该电极材料的内阻仅为0.67 Ω,并且双电层电容性能有极短的响应时间。当m(生焦粉)∶m(KCl)∶m(KOH)=1∶3∶2时,KCl和KOH的协同活化效果达到了最佳,显著提高了碳电极材料电荷的传输能力,且能有效地缩短电解质离子在材料内部的扩散路径,表现出较快的充放电速度。     

纳米粒子改性的双金属纳米片阵列的析氧性能北大核心

过渡金属氧化物和氢氧化物因具有较低的成本和良好的活性等优势已逐渐成为新一代析氧反应(OER)的催化剂,然而,其较高Tafel斜率阻碍了它们取代常规Ir和Ru基催化剂。通过低温自沉积法在导电ITO基底上合成了NiO纳米片阵列,之后基于不同的钴盐在非极性溶剂(例如丙酮)中的活性不同而对NiO纳米片阵列进行修饰,成功构建了不同结构的混合过渡金属纳米片阵列,其中氯盐的引入会在NiO纳米片上产生刻蚀的效果而生成多孔的CoNi-O纳米片,而硝酸盐的引入会在NiO纳米片表面二次生长而生成分枝CoNi-O纳米片。Co盐的引入不仅赋予了材料独特的纳米结构,也提高了NiO纳米片阵列的析氧能力。相比于纯的NiO纳米片(56.9 mV/dec),修饰后所获得的多孔CoNi-O纳米片(33.7 mV/dec)和分枝CoNi-O纳米片(29.1 mV/dec)在0.1 mol/L的KOH电解液中具有较小的Tafel斜率。因此,通过表面修饰来构建不同形貌的混合氧化物电极材料的设计策略可以为设计具有较高催化活性和实用的OER催化剂提供经验。     

ZIF-8衍生柔性多孔炭材料的制备及其电容性能研究

随着柔性可穿戴电子器件的迅速发展,柔性储能电极材料引起众多学者们的广泛关注。金属有机框架结构（MOFs）衍生物具有优异的储能性能,但其本征无柔性的物理特性亟需解决。采用静电纺丝技术将ZIF-8结构单元嵌入纤维结构中,获得高电容性能柔性多孔炭纤维。同时,探究了ZIF-8的嵌入量（CF-ZIF-8-1.2）对柔性多孔炭纤维结构及电容性能的影响。实验结果表明：柔性多孔炭纤维CF-ZIF-8-1.2的比电容可以达到425.5 F?g^-1（电流密度为1 A?g^-1）,并呈现出较小的电荷转移电阻（R_s=0.06 Ω）和接触电阻（R_ct=2.31 Ω）,这主要归因于CF-ZIF-8-1.2具有较大的比表面积（212.83 m²?g^-1）、相对丰富的孔隙结构和丰富的N和O原子共掺杂。随后,进一步将其组装成对称柔性超级电容器（CF-ZIF-8-1.2//CF-ZIF-8-1.2）,其能量密度高达7.6 Wh?kg^-1（功率密度为250 W?kg^-1）,在不同弯曲角度和扭曲下呈现出优异的电容保持率（97%以上）,说明柔性多孔炭纤维电极材料具有优异的柔性和稳定性。因此,CF-ZIF-8-1.2柔性多孔炭纤维材料具有潜在应用前景。     

Study on hydrogen evolution performance of the carbon supported PtRu alloy film electrodes

The carbon supported PtRu alloy film electrodes having Pt about 0.10 mg/cm2 or even less were prepared by ion beam sputtering method (IBSM). It was valued on the hydrogen analyse performance, the temperature influence factor and the stability by electroanalysis hydrogen analyse method. It was found that the carbon supported PtRu alloy film electrodes had higher hydrogen evolution performance and stability, such as the hydrogen evolution exchange current density (j0) was increase as the temperature (T) rised, and it overrun 150 mA/cm2 as the trough voltage in about 0.68V, and it only had about 2.8% decline in 500 h electrolytic process. The results demonstrated that the carbon supported PtRu alloy film electrodes kept highly catalytic activity and stability, and it were successfully used in pilot plant for producing H2 on electrolysis of H2S.     

Study on hydrogen evolution performance of the carbon supported PtRu alloy film electrodes

1IntroductionIt is the key problemthat howto transformefficiently electric energyinto hydrogen energy for propelFig.l The flowchart of indirect electrolysis of H2Sthe clean energy use extensively[1].At present,the advanced method could avoid passivation of anode bysulfur[2],andit only consumed1/2-1/3electricitythanthat by water electrolysis[3],its basic flowsheet wasshownin Fig.1.Every kinds of hydride such as H2S and so on[1-3],could be used to produce hydrogen by the way of e-lectrolysis …     

Study on hydrogen evolution performance of the carbon supported PtRu alloy film electrodes

The carbon supported PtRu alloy film electrodes having Pt about 0.10 mg/cm2 or even less were prepared by ion beam sputtering method (IBSM). It was valued on the hydrogen analyse performance, the temperature influence factor and the stability by electroanalysis hydrogen analyse method. It was found that the carbon supported PtRu alloy film electrodes had higher hydrogen evolution performance and stability, such as the hydrogen evolution exchange current density (j0) was increase as the temperature (T) rised, and it overrun 150 mA/cm2 as the trough voltage in about 0.68V, and it only had about 2.8, decline in 500 h electrolytic process. The results demonstrated that the carbon supported PtRu alloy film electrodes kept highly catalytic activity and stability, and it were successfully used in pilot plant for producing H2 on electrolysis of H2S.     

煤层气排采过程油管腐蚀机理浅谈

本文主要对煤层气前期排水阶段,中期气水同产阶段,后期的单相产气阶段,油管的腐蚀机理进行研究,并结合实际开采过程对 SX107 井组的油管腐蚀进行分析。研究结果表明: 在煤层气的开采初期的排水过程中,油管的腐蚀主要是由吸氧腐蚀,析氢腐蚀,以及地层水所含的各种离子引起的; 中期的排水产气阶段,油管的腐蚀主要是由产出的各种酸性气体以及地层水共同作用所造成的; 后期的单相产气阶段,油管的腐蚀主要是由酸性气体所造成的; SX107 井组的油管腐蚀主要是吸氧腐蚀造成的,腐蚀产物主要是红褐色 Fe2O3。     

碱性铝-空气电池铝阳极材料的研究进展

铝-空气电池由于比能量高、绿色环保、经济、充电速率快(机械充电)、阳极材料丰富等优点,已成为新世纪以来最理想的能源电池之一。其中碱性铝-空气电池的开路电压和阳极活性远高于中性盐体系的铝-空气电池,由于碱性铝-空气电池的析氢腐蚀及电池使用过程中铝阳极的极化非常严重,极大地限制了铝-空气电池的发展。从铝-空气电池中铝合金阳极材料中合金元素的影响及相关机理的研究、金属氧化物、杂质元素、后期合金的热处理和晶粒细化等方面对铝合金阳极的电化学性能的影响,综述了碱性铝-空气电池铝合金阳极关于阳极缓释和降低极化的研究和发展现状,并提出了铝-空气电池铝合金阳极的下一步研究方向。     

煤直接液化循环溶剂供氢性影响因素研究

在煤直接液化生产中,循环溶剂供氢性能的强弱对煤炭转化及油品收率发挥着关键作用,通过试验研究发现,在液化混合重油加工循环溶剂过程中,调整反应压力、反应温度、反应空速、催化剂活性等参数对循环溶剂供氢性能均有较大影响,尤其是反应压力、反应空速的影响更为显著。此次试验研究结果可有效指导工业生产,最大化地提高循环溶剂的供氢性能,从而间接提高煤直接液化的油收率,增加煤制油的经济效益。     

煤炭制氢产业现状及我国新能源发展路径选择研究

本文首先对几种主要的氢气制备技术的成本进行了核算。基于中国的能源结构中煤炭占绝对多数的特点,以及不同原料制备氢气的成本差异,指出中国应优先选择煤炭作为氢气的制备的来源。另一方面,液氢的能量密度远大于动力锂电池电动汽车。氢燃料电池反应后产生的排放物只有水,是一种非常纯净的能源,亦不存在锂电池生命周期结束后的污染处理问题。建立氢社会是促进我国能源结构调整和煤炭工业转型的良好机遇。     

钌基析氢电催化剂的研究进展

能源消耗持续增长以及化石燃料燃烧带来的能源安全与环保问题日益突出,开发安全、清洁、高效的新能源是人类可持续发展的重要课题。氢气具有能量密度高、无污染、资源丰富的优点,被视为最具发展潜力的石油与天然气的替代清洁能源。制氢最常用的方法是电解水,为实现高效制氢,通常需要添加催化剂（钌及钌基材料）提高析氢效果。本文详细介绍了铂（Pt）族元素中最便宜的金属元素钌（Ru）和钌基材料作为高效电催化剂的制备方法,阐明了析氢促进机理以及析氢效果,并提出了钌基析氢电催化剂的未来发展方向。