石墨烯基直接甲醇燃料电池催化剂的制备

通过浸渍还原法以乙二醇为还原剂制备了石墨烯及石墨烯负载的铂催化剂(Pt/Graphene),通过XRD、SEM、Raman对材料进行了分析,通过电化学测试与Pt黑催化剂对比,试验数据表明:Pt/Graphene比Pt黑催化剂电化学活性面积提高了28%,对甲醇电催化氧化峰电流提高了52%,电化学活性面积和甲醇氧化反应的稳定性均有所提高。     

石墨烯改性碳纤维基Pt–Sn直接燃料乙醇电池阳极催化剂

以静电纺丝技术制备的石墨烯改性碳纤维为载体,将Pt–Sn纳米催化剂原位负载在碳纤维上。利用X射线衍射、透射电子显微镜表征催化剂的微观结构,利用循环伏安、计时电流和交流阻抗等分析催化剂的电催化活性,研究石墨烯含量对燃料电池碳纤维基阳极催化活性的影响。结果表明:当石墨烯质量分数为3%时,催化剂表现出最佳的催化活性,循环伏安测试的峰电流密度达到119 mA/cm~2。     

氮掺杂石墨烯基催化剂的制备

通过水热法合成了氮掺杂的石墨烯(Graphene-N),并还原得到了氮掺杂的石墨烯基铂催化剂(Pt/Graphene-N),利用X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)进行了材料分析,并借助电化学测试对比未进行氮掺杂的催化剂。试验数据表明:Pt/Graphene-N电化学活性面积相比于Pt/Graphene提高了8.1%,其甲醇氧化峰电流提高了56.3%,表明氮掺杂能够大幅提升甲醇氧化性能。     

载Pt石墨烯中空微球催化剂的制备及其电催化性能

目前,直接甲醇燃料电池（DMFC）已成为世界各国探寻新型绿色动力源的首选。铂基催化剂虽然被公认为催化甲醇氧化最有效的催化剂,但离其商业化应用仍然存在较大差距。提高铂的利用率和电催化性能被公认为是解决DMFC商业化的关键问题。基于以上考虑,本文采用一种不需要使用表面活性剂的模板辅助法成功合成出了石墨烯中空球,并利用电沉积法负载Pt纳米颗粒。该载Pt石墨烯中空微球具有非常高的比表面积（226.4m2/g）和相互连通的结构。电化学测试结果表明,该载Pt石墨烯中空球的电化学活性表面积高达43.27m2/(g,Pt),峰值电流密度几乎是商业铂碳的两倍,且稳定性明显高于商业化铂碳。该载Pt石墨烯中空球对甲醇氧化展现出了极好的应用前景。     

直接乙醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

直接乙醇燃料电池（DEFCs）中的阳极催化剂,在电池反应中起着至关重要的作用,但也存在成本高、乙醇的氧化效率低、耐久性差、易中毒等问题,严重阻碍了DEFCs的商业化。本文综述了提高电催化剂性能的有效策略,以期为进一步探索DEFCs提供参考。     

乙二醇稳定的Pt/C催化剂的制备与表征

以乙二醇(EG)兼作溶剂和稳定剂,分别通过NaBH4和EG还原法制备了高度细化与分散的Pt/C催化剂,对其形貌、组成、结构和电化学活性比表面等进行了表征比较,并测试了它们对甲醇与乙醇电催化氧化的活性. 结果表明,2种催化剂中,Pt均为面心立方结构,粒径小且分布窄,在炭黑载体上分散均匀,单位质量Pt对甲醇与乙醇电催化氧化的活性相当;NaBH4还原法所制Pt/C催化剂中Pt0和Pt(220)晶面含量更高,Pt对甲醇与乙醇电催化氧化的峰电流密度分别为0.68与0.67 mA/cm2,分别是EG还原法所制Pt/C催化剂的1.2倍;2种催化剂对甲醇与乙醇电催化氧化的活性均与商品E-TEK催化剂相当.     

乙醇电催化氧化反应动力学分析与研究进展

乙醇是一种很有吸引力的燃料电池电动汽车燃料。乙醇电催化氧化反应动力学研究对于直接醇类燃料电池和间接醇类燃料电池的阳极电催化剂开发有重要作用。本文依据反应机理和阳极电催化剂活性对乙醇的电催化氧化反应动力学进行了讨论，介绍了先进的微分电化学质谱技术在乙醇电催化反应动力学研究中的应用。     

铋/氮掺杂活性炭的制备及其催化还原对硝基苯酚的性能

分别以氨水、水合肼和尿素为氮掺杂剂,通过水热和高温处理对活性炭(AC)进行了氮掺杂,得到氮掺杂活性炭(NAC)。以NAC为载体负载铋制备了催化剂Bi/NAC。用X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对催化剂进行表征。结果表明,氮成功掺杂在AC中,以水合肼为掺杂剂制备的NAC含氮最多。以硼氢化钾还原4-NP为模型反应,考察了催化剂的活性。以水合肼为氮掺杂剂制备的催化剂活性最高、重复性最好。     

新型rGO-PtNPs材料对甲醇的电催化研究

本文以1-芘甲醛作为氧化石墨烯的还原剂,通过一步法制备了羧基功能化的且高度还原的还原态石墨烯(rGO),并以其载体原位还原了高度分散的铂纳米颗粒负载的新型催化剂(rGO-PtNPs)。采用扫描电镜对其形貌进行了表征,发现用1-芘甲醛作为还原剂可以均匀地还原氧化石墨烯并为纳米颗粒Pt的负载提供了位点。利用循环伏安法和计时电流法分别研究该催化剂对甲醇具有优良的电催化氧化活性及稳定性。     

氮掺杂碳纳米材料在氧还原反应催化剂中的研究进展

长期以来,碳材料负载高分散的铂催化剂及其合金材料一直是商业化质子交换膜燃料电池（PEMFC）中氧还原反应和氢氧化反应十分有效的催化剂。但由于Pt基催化剂成本高、电化学条件下稳定性差、易CO中毒以及氧还原反应（ORR）动力学迟缓等一系列问题,阻碍了其在燃料电池中的进一步应用和大规模生产。相比之下,氮掺杂碳纳米材料具有低成本、高活性、高稳定性、环境友好等特点,这些优异的性能使其在燃料电池领域有着广阔的应用前景。结合近几年国内外研究现状,综述了原位掺杂法、后掺杂合成法和直接热解法等3种氮掺杂碳纳米材料的制备方法,并分析了各自的优点和不足之处,及其作为ORR催化剂的研究进展。最后,对未来氮掺杂碳纳米材料催化剂研究的主要发展方向进行了展望。     

络合物法制备镍-氮共掺杂炭基二氧化碳电催化剂

过渡金属-氮共掺杂炭基催化剂广泛应用于电催化二氧化碳还原反应（CO₂RR）。为解决催化剂存在的催化活性及选择性问题,以乙二胺与硝酸镍发生配位反应形成的三乙二胺合镍小分子络合物作为氮源和镍源,分别以亲水氧化石墨烯及疏水炭黑为载体,得到两类镍-氮共掺杂多孔炭基催化剂。通过X射线衍射及透射电镜等手段分析了镍物种在不同处理阶段的存在形式。CO₂RR性能测试表明,同一炭载体具有不同金属负载量的催化剂经过酸洗处理除去镍纳米颗粒后,一氧化碳分电流密度得到明显提升,表明原子级分散的镍物种是CO₂RR的活性位点。在-0.8 V（vs.RHE）,不同催化剂的一氧化碳法拉第效率均达到90%。与亲水炭材料作为载体相比,疏水炭材料为载体制备的催化剂一氧化碳分电流密度更高,这表明疏水炭载体有利于过渡金属络合物在载体骨架中的负载与分散,进而抑制后续处理过程中活性物质的损失,从而获得高活性的镍-氮共掺杂炭基电催化剂。     

不同载体对Pt-Sn催化剂丙烷催化脱氢性能影响

分别以Hβ分子筛和γ-Al₂O₃为载体,采用浸渍法制备不同Sn含量的负载型Pt-Sn双组分丙烷催化脱氢催化剂。在固定床微反装置上对制备的催化剂进行活性评价,并采用NH₃-TPD方法测定催化剂表面酸量和酸强度分布。结果表明,负载型Pt-Sn/Hβ和Pt-Sn/γ-Al₂O₃催化剂对丙烷催化脱氢反应性能与Sn含量密切相关,弱酸中心的存在对丙烷催化脱氢反应有利,对于特定的Pt-Sn体系,γ-Al₂O₃为载体的催化剂性能优于Hβ分子筛为载体的催化剂,当负载Sn质量分数为0.9时,Pt-Sn/γ-Al₂O₃催化剂性能最好。     

石墨烯负载纳米银的制备及其对H2O2的电化学检测

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）,然后以水合肼作为还原剂,并控制反应的pH=10来制备还原氧化石墨烯（RGO）。采用化学还原法,以石墨烯为载体,以乙酰丙酮银为前体,以硼氢化锂四氢呋喃溶液为还原剂将银离子还原,制备了石墨烯负载纳米银复合材料。通过X 射线粉末衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和透射电子显微镜（TEM）等表征方法证明了石墨烯上负载的银纳米颗粒结晶良好、尺寸均一、分布均匀,其中银纳米颗粒直径约为8nm。通过循环伏安和计时电流技术对石墨烯负载纳米银复合材料进行电化学测试,结果表明,石墨烯负载纳米银复合材料对过氧化氢的还原具有良好的电催化活性。以此复合纳米结构构建的过氧化氢传感器测试过氧化氢浓度的线性范围为0.1～62.3mmol/L（R=0.990）,检出限为0.017mmol/L（S/N=3）,响应时间小于2s。     

合成醇醚羧酸的Pt/C催化剂催化活性研究及表征

通过浸渍法结合液相还原法将金属Pt,Ni和Sn负载在活性炭上制备了多组分Pt/C催化剂,并应用于催化氧化直接制备醇醚羧酸的反应中,考察了催化剂组分不同对脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO9)氧化法制备醇醚羧酸(AE9C)过程中催化性能的影响;采用TEM,XRD和XPS对催化剂进行了表征。结果表明,在Pt/C催化剂中加入Ni和Sn后,Pt的颗粒粒径变小,分散性更好,Pt0的含量增加,从而提高了催化剂的活性。多组分Pt/C催化剂与单一组分Pt/C催化剂相比,AE9C产率提高了27.54百分点。     

添加碳纳米颗粒对磷氮双掺杂石墨烯电化学特性的影响

燃料电池作为新型清洁能源技术具有高效的能源转化效率和环境友好等优点,在诸如交通运输以及航空航天等领域有着重要而广泛的应用。在影响燃料电池性能的众多因素中,电极的高效催化与稳定性对于整个燃料电池系统的性能至关重要。近年来,石墨烯材料由于优异的电学与力学性质为低铂高效催化研究提供了理论上的可行性。本研究以六氯环三磷腈（HCCP）为原料设计了一步热还原合成法实验制备了磷氮双掺杂石墨烯,并通过添加碳纳米颗粒增加了石墨烯层间间距,改善了石墨烯层间的团聚效应,提高了氧化还原（ORR）性能。研究结果表明,当AC添加含量与GO的质量比为10%时,其比表面积与电化学性能提升最为明显,极限电流密度达到-6.89 mA·cm^-2并且氧化活性能保持80%以上。因此,使用添加碳纳米颗粒对磷氮双掺杂石墨烯作为燃料电池非金属催化剂材料的进一步探索具有巨大的潜力。     

乙酸加氢制乙醇催化剂Pt-Sn/Al_2O_3-CaSiO_3的研究

为提高Pt-Sn催化剂对乙酸加氢制乙醇反应的活性及选择性,以Al_2O_3-CaSiO_3为载体,采用浸渍法制备不同Pt和Sn质量分数的乙酸加氢催化剂,对催化剂的物性结构和形貌进行了表征,并考察了其在乙酸加氢制乙醇反应中的性能。结果表明,Pt和Sn质量分数都为1%的催化剂,载体的晶相结构无变化,表面特征较好,具有最好的反应活性及乙醇选择性。在反应温度为275℃,压力为3 MPa,液体质量空速为0.66 h-1,氢气与乙酸摩尔比n(H2)/n(HOAc)=10的条件下,乙酸的转化率达73%,乙醇的选择性达70%。     

氮掺杂碳材料的制备及其化学活性位点研究

为了找出比较优异的非铂电极材料,并分析得出其最佳活性位点,分别从氮掺杂碳和碳载过渡金属氮材料催化剂在阴极催化的两个方向进行了探究。现如今通过X射线光电子能谱分析(XPS)可以检测出吡啶型氮、吡咯型氮和石墨型氮三种主要的氮掺杂活性位点。氮掺杂碳(G-N),氮掺杂碳纳米管(NCNT)以及氮掺杂石墨烯-氮掺杂碳纳米管(N-GO1@CNTs2)三种典型的氮掺杂碳材料进行分析。由此可见碳载过渡金属氮催化剂材料的催化活性位点很有可能主要是氮化金属化合物起作用。     

Pt/CeO_2/RGO复合材料的制备以及对乙醇的电催化性能研究

利用改进的Hummers法合成氧化石墨烯并还原,再利用水热合成法制得Ce O2/RGO复合材料,将其修饰玻碳电极后镀铂后获得Pt/Ce O2/RGO修饰电极。通过SEM和EDS对其形貌进行了表征,同时利用紫外—可见吸收光谱和循环伏安法等方法研究了其在酸性条件下对乙醇的电催化性能。结果表明:酸性条件下RGO在0.05 V处将乙醇氧化成乙醛,在0.5 V处氧化成乙酸;复合材料RGO/Ce O2(1∶1)/Pt在0.04V处将乙醇氧化成乙醛,在0.45 V处氧化成乙酸;复合材料RGO/Ce O2(1∶2)/Pt在0.03 V处将乙醇氧化生成乙酸。     

Mg改性Silicalite-1分子筛负载Pt-Sn催化剂对异丁烷脱氢性能的影响

利用等体积浸渍法制备不同镁含量的Mg-Silicalite-1 (Mg-SC-1)分子筛,以该分子筛为载体负载Pt-Sn双金属组分催化异丁烷脱氢反应,采用固定床连续反应器评价催化剂性能,并利用X-射线粉末衍射(XRD)、N2吸附-脱附、程序升温还原(H2-TPR)、扫描电镜(SEM)和碳含量分析等方法研究不同MgO含量的Pt-Sn/Mg-SC-1催化剂的催化性能。实验结果表明,添加w(MgO)=7%到SC-1载体,再负载Pt-Sn组分制备的催化剂异丁烷脱氢效果较好,相比于以纯硅SC-1分子筛为载体的催化剂具有高的反应稳定性和活性。而且经Mg改性后的SC-1载体与助剂SnOx物种之间存在较强的相互作用,导致SnOx物种不易被还原,并促进Pt粒子的分散度。在反应12 h后含w(MgO)=7%的Pt-Sn/Mg-SC-1催化剂仍保留较多的活性Pt粒子。     

不同方法制备的Pt/C催化剂对乙醇的电催化氧化

选用不同方法制备Pt/C催化剂,运用循环伏安法、线性扫描法和计时电流法来检测乙醇及CO在不同方法制备的Pt/C催化剂上的电催化氧化情况。发现在酸性溶液中方法3制备的Pt/C催化剂对乙醇和COad的电氧化有良好的催化活性。