纳米碳片负载Mott-Schottky型Co/Co9S8异质结的原位合成及电催化性能研究

以K₃[Co(CN)₆]为Co源,硫脲为S源,富含-OH和-NH₂的天然亲水性高分子壳聚糖为碳源,通过形成CS-K₃[Co(CN)₆]水凝胶将Co前驱体和S源均匀分布于C前驱体中。水凝胶形成的主要驱动力来自金属Co离子与壳聚糖中-NH₂的配位交联以及Co离子之间通过-CN的桥接作用。得益于均匀分散的前驱体和后续热解处理初期形成的Co的催化作用,通过简单地调控Co与S的原子比,原位构建出均匀镶嵌有Co/Co₉S₈异质结的N,S共掺杂富含微孔的碳纳米片(Co/Co₉S₈@N,S-CNSs)。采用SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS和电化学工作站等方法对所制备催化剂的形貌、组成和结构以及电催化性能进行了表征。结果表明,形成的Mott-Schottky型Co/Co₉S₈异质界面有效地调控了活性中心的电子结构和电荷传输特性...     

碳纤维负载Co纳米颗粒对Co9S8储氢性能的影响

钴硫合金作为镍氢电池负极的优良材料在新能源领域受到广泛关注。然而在充放电过程中由于颗粒聚集和体积变化等问题导致电化学性能不尽人意,限制了其实际应用。开发出一种电化学性能优异、成本低廉、制备工艺简单的钴硫复合材料具有十分重要的研究意义和应用价值。以Co₉S₈为研究对象,采用静电纺丝工艺制备了负载不同含量Co纳米颗粒的碳纳米纤维(xCo/CNF),之后通过高能球磨法将该材料掺杂到Co₉S₈合金中,得到一系列Co₉S₈+xCo/CNF复合材料。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜对材料的物相和表面微观形貌进行表征,并对复合材料的放电容量、电化学性能、动力学性能以及耐腐蚀性进行测试。研究结果表明,当添加Co₉S₈+1.2Co/CNF时,所得复合材料的放电容量最高(566.2 mAh·g^-1),此外,复合电极表现出优异的高倍率放电能力、耐腐蚀性和良好的动力学性能。     

氮硫共掺杂碳材料均匀担载核壳纳米颗粒Co@Co9S8作为氧还原催化剂的研究

开发高效、稳定的非贵金属氧还原(ORR)催化剂是促进燃料电池商业化进程的关键。通过树脂衍生N、S共掺杂碳材料负载原位生成的Co@Co₉S₈核壳结构纳米颗粒，制备出一种具有良好活性和稳定的非贵金属催化剂Co@Co₉S₈/NSC。电化学测试结果表明：Co@Co₉S₈/NSC催化剂的半波电位(E_1/2)和极限电流密度可与商业Pt/C催化剂相媲美。同时相较商业Pt/C催化剂，其还具有极好的抗甲醇活性。此外，计时电流测试表明：持续老化10000s后，Co@Co₉S₈/NSC的电流密度保持了初始值的97.5%,远低于商业Pt/C催化剂的23.3%。为构建高活性高稳定性核壳结构ORR催化剂提供了新的思路，同时其思路也可以应用于其他新能源电极材料如Li-空气电池、Li-S电池及超级电容器等。     

Co9S8/CNTs/C复合物的制备及其储锂性能研究

以Co(NO)₃·6H₂O为钴源，(NH₄)₂S₂O₈为聚合引发剂和硫源，通过原位聚合和煅烧两步法制备Co₉S₈/C复合材料，同时，为了进一步提高其电化学性能，在原位聚合过程中掺杂碳纳米管(CNTs),得到Co₉S₈/CNTs/C复合材料，并研究CNTs掺杂对Co₉S₈/CNTs/C复合材料电化学性能的影响。结果表明：复合物中CNTs的作用主要在于提高复合材料的电子和离子传导特性，使所制备的复合材料表现出更高的比容量。当CNTs掺杂量为0.2g时所制备Co₉S₈/CNTs/C-0.2复合物在0.1A/g、0.2A/g、0.3A/g、0.5A/g、1.0A/g和2.0A/g时比容量分别为1117mAh/g、985mAh/g、916mAh/g、846mAh/g、793mAh/g和710m...     

四氧化三钴及掺杂材料电催化性能的研究进展

综述了Co₃O₄及掺杂材料的性质、结构和电催化性能。Co₃O₄中的钴离子是Co²⁺和Co³⁺的混合价。由于Co₃O₄具有独特的尖晶石晶体结构，有利于Co²⁺和Co³⁺离子之间的电子传导，具有空电子轨道且易实现晶格氧化可作为氧还原反应(ORR)催化剂。综述了Co₃O₄的电催化性能的影响因素主要由其表面积和电子态决定，表面积通过调整纳米结构的大小和形貌来调节，电子态可以通过掺入第三种元素或氧空位来调控。综述了Co₃O₄掺杂不同材料后均表现出优异的催化性能与良好甲醇耐受性。Co₃O₄与Pd掺杂可以提高金属Pd在载体表面的分散性，降低金属颗粒团聚；Co₃O₄与P的组合使催化剂的内在活性增强；Co_...     

Co4S3修饰蜂窝状多孔碳膜用于锂硫电池

以低交换速率的正戊醇作为溶剂，通过相转化法制备了内部结构均一无大孔结构的ZIF-67/CNT/PAN相转化膜，再经硫化、碳化后制备了Co₄S₃修饰的蜂窝状多孔碳膜(Co₄S₃@DH-NC).XRD表征结果证明了Co₄S₃的成功合成，其负载量高达19.5%(质量分数).蜂窝状多孔结构可以有效促进电解液以及多硫化物在膜内的均匀分散；Co₄S₃均匀负载于蜂窝状结构内部，电负性更强的S有利于Co₄S₃吸附多硫化物；CNT为骨架的高导电网络促进了Co₄S₃对多硫化物的催化转化.以Co₄S₃@DH-NC为隔层的锂硫电池在4 C下循环400圈后比容量能保有581.3 mA·h/g,库仑效率为100%左右.Li₂S的沉积放电比容量为681.811 mA·h/g,相较于DH-NC...     

多维镍钴硫化物异质结电催化剂用于高效全水解（英文）

异质结构工程在高效全解水催化剂方面具有突出的应用前景.然而,生产廉价高效的双功能电催化剂仍然是一个巨大的挑战.因此,我们受构树启发,通过一种简单的方法在泡沫镍基体上合成了高催化活性和稳定性的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF异质结.该过程包括NiCo层状双氢氧化物在泡沫镍基体上的原位生长和原位衍生ZIF-67,并伴随S原子掺杂.所获得的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF多维度异质结包括一维纳米线、二维纳米片和纳米颗粒.优化的Co₉S₈@CoNi₂S₄/NF中硫含量为10%,在1.0 mol L^-1KOH溶液中,电流密度为10 mA cm^-2时,具有优异的电催化活性,其析氢和析氧过电位分别为68和170 mV,优于最近报道的过渡金属基电催化剂.该催化剂优异的催化性能主要归因于CoNi     

ZIF-9基氮硫掺杂的多孔碳制备及其表征

以类沸石咪唑酯骨架结构材料Co(bIm)2(ZIF-9)为前躯体,在氮气氛围中进行700℃热解,得到了掺杂氮的多孔碳材料Co/C-700。利用原位掺杂,同时高温碳化ZIF-9和硫粉,在同样条件下合成氮-硫双掺杂的多孔碳材料CoS/C-700。对合成材料Co/C-700和CoS/C-700进行了表征,显示了样品的成功合成。同时研究了Co/C-700和CoS/C-700作为修饰碳糊电极材料在碱性电解液中的电化学性质,Co/C-700和CoS/C-700具备良好的电化学可逆性,可作为电极材料。     

石墨烯负载四硫化三钴复合物氧还原催化剂的制备与性能

选取二氯化钴和硫脲为钴源和硫源,以自制的还原氧化石墨烯(rGO)为载体,采用回流法在乙二醇溶剂中一步合成出Co₃S₄/rGO复合物。利用X射线衍射、扫描电镜和拉曼光谱(Raman)等手段对催化剂进行结构与形貌表征。结果表明:Co₃S₄/rGO样品中生成了具有立方结构的Co₃S₄细小晶粒,生长在rGO上的Co₃S₄晶粒发生聚集,具有较好的分散性。Co₃S₄/rGO的拉曼谱图的峰强比(I_D/I_G)为0.92,Co₃S₄对石墨烯结构无明显影响,石墨烯起到载体作用。在0.5mol/L H₂SO_4电解液中,线扫伏安测试表明,Co₃S₄/rGO催化剂具有良好的氧还原催化性能,氧还原起始电位为0.75V(vs.RHE),在动力学电位区,Tafel斜率和传递系数分别为119.5mV和0.49,氧分子在Co₃S₄/rGO催化剂上按四电子机理直接还原成水。     

Co3O4/碳复合超级电容器材料的研究进展

Co₃O₄作为超级电容器材料，因具有理论比容量高、价格成本低、无毒环保、储量丰富等优点而备受关注，但制备出电化学性能优异的Co₃O₄超级电容器材料仍是个巨大的挑战。通过与导电性突出的碳材料复合，增加了电子/离子的传输速度，提高了Co₃O₄超级电容器材料电化学性能。综述了Co₃O₄/碳复合超级电容器材料的合成方法，归纳了各个方法的优缺点，分析了影响Co₃O₄/碳复合超级电容器电化学性能的因素，最后，指出了Co₃O₄/碳复合超级电极材料所面临的问题和发展前景。     

Fe,N掺杂二维多孔碳双功能催化剂及锌-空气电池中的应用

在石墨烯表面负载金属有机框架材料ZIF-8,同时在金属有机框架材料表面分散Fe-2,2-Bipy螯合物,通过高温煅烧分解制备了Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料。采用SEM, XRD, XPS对制备的催化剂材料进行了形貌、结构以及成分分析。采用旋转圆盘电极,CV曲线,LSV曲线对Fe,N掺杂多孔碳催化剂材料的氧还原(ORR)以及析氧(OER)电催化性能进行了分析。并且将Fe, N掺杂多孔碳催化剂应用于锌-空气电池。结果表明,所制备的Fe, N掺杂多孔碳催化剂材料显示出均匀的二维结构形貌, Fe元素含量为1.32%。催化剂在0.1 mol/L KOH溶液中半波电位为0.83 V,在1 mol/L KOH溶液中, 10 mA/cm~2电流密度下过电势为420 mV。将催化剂应用于锌-空气电池,锌-空气电池功率密度达到245 mV/cm~2,并且表现出优异的循环稳定性。     

新型Co3O4和WC共沉积β-PbO2电极用于锌电解沉积及电化学性能研究

采用复合电沉积技术在Pb-0.3wt%Ag/α-PbO₂基体上合成了WC和Co₃O₄颗粒共沉积的β-PbO₂复合沉积层。沉积行为研究发现,WC颗粒先于Co₃O₄颗粒吸附于基体上,将WC颗粒与Co₃O₄颗粒共沉积是一种抑制当Co₃O₄颗粒单独共沉积于β-PbO₂沉积层时发生团聚情况的有效方法。电极性能研究发现,WC或Co₃O₄颗粒的共沉积均会提高复合阳极的析氧电催化活性,此外,WC颗粒还有助于提高复合阳极的显微硬度和在Zn电解沉积溶液中的耐腐蚀性能。Co₃O₄颗粒的共沉积不利于β-PbO₂相的生长,WC颗粒的共沉积对β-PbO₂相的生长影响不大,两种颗粒同时共沉积有助于抑制酸性镀液中α-PbO₂相的生长。      

调节Co3O4的价电子结构提高硝酸根还原制氨的催化活性(英文)

通过硝酸根电化学还原反应将NO₃^-转化为NH₃是一种有前景的制氨和“绿氢”储存方案.Co₃O₄对于硝酸根还原析氨反应表现出较高的析氨法拉第效率和稳定性,有望成为理想的催化剂.然而,在Co₃O₄上发生硝酸根还原反应仍需较高的过电位,从而阻碍了能量转换效率的提升.本文中,我们合成了Cu掺杂Co₃O₄多孔空心纳米球用作硝酸根还原析氨催化剂.Cu掺杂在保障析氨法拉第效率和稳定性的前提下大幅降低了反应所需的过电位,有效提高了析氨速率.实验和理论分析均表明,Cu掺杂使Co₃O₄的最高占据态能量上移,缩小了Co₃O₄的最高占据态与NO₃^-的最低未占据分子轨道之间的能垒,从而降低了电子从Co₃O₄向NO₃     

MOFs衍生的Sn掺杂In2O3材料的制备及氯气气敏性能

采用简单的水热法制备了Sn掺杂的有机框架化合物(MOFs),再煅烧衍生出Sn掺杂In₂O₃(Sn-In₂O₃)气敏材料。表征结果表明，材料的形貌是中空微米棒且材料的比表面积较大、Sn元素成功被掺杂，材料表面的氧空位浓度也较大。气敏测试结果表明，Sn-In₂O₃中空微米棒材料对低浓度Cl₂具有较大的灵敏度，理论最低检测限低至0.37×10^-9。通过气敏机理分析，其优良的Cl₂气敏性能主要归因于材料的中空结构、大的比表面积和丰富的氧空位，这主要来源于MOFs模板法的制备和Sn元素的掺杂。     

多孔Co3O4纳米纤维用于锂-空气电池高性能正极催化剂

采用静电纺丝技术结合高温煅烧方法,以乙酰丙酮钴(Co(C₅H₇O₂)₃)为前驱物,制备了由Co₃O₄纳米颗粒组成的多孔纳米纤维(Co₃O₄ NFs),其比表面积高达83 m2·g?1,并将制得的多孔Co₃O₄ NFs用于锂-空气电池催化剂。多孔Co₃O₄ NFs为电池反应提供了充足的活性位点及反应物的传输通道,有利于电池反应的顺利进行,使电池的放电容量得到极大地提高。另外,Co₃O₄催化剂的加入提高了电极的催化活性,较大程度降低了电池的过电位。值得注意的是,Co₃O₄催化剂的加入同时调控了锂-空气电池放电产物Li₂O₂的形貌,得到的放电产物Li₂O₂尺寸更小,在电极表面分布更为均匀,该形态的Li₂O₂在充电过程中更容易被分解,有利于提高电池的充电效率,同时电极的体积效应也可得到极大缓解。得益于以上优势,基于多孔Co₃O₄ NFs/炭黑Super P (Co₃O₄ NFs/SP)正极的锂-空气电池的电化学性能得到较大提高,50 mA·g?1电流密度下Co₃O₄ NFs/SP的放电容量高达10600 mA·h·g?1,电池可实现100次的充放电循环。      

Ni/Co3O4花状电极材料的合成及其电化学性能与第一性原理研究

通过水热法制备了一种单质镍掺杂Co₃O₄(Ni/Co₃O₄)的粉末，用伏安特性循环法研究了其电化学性能，同时根据第一性原理从原子尺度和电子结构的角度探究了Ni和Co₃O₄的掺杂机理。首先合成Ni/Co₃O₄粉末；其次对合成的材料结构及性能进行XRD和SEM表征分析，研究不同钴源及同一钴源不同钴镍比对制备的镍Ni/Co₃O₄形貌的影响；最后在不同缺陷和不同掺杂的影响下，建立准确的材料性能预测模型，揭示了修饰电极掺杂改性的微观机理。结果表明，不同钴源均制备出了花状形貌的Ni/Co₃O₄复合材料，电化学性能测试得到其比电容为670F/g;第一性原理计算所得掺杂机理，揭示了电化学修饰的Ni/Co₃O₄复合电极较大提高了材料的导电性能。     

氢氧化钾活化制备可再生多孔碳及其电催化氧还原性能研究

氧还原反应缓慢的动力学过程严重限制了燃料电池的能量转换效率, 而商用Pt/C催化剂成本太高、资源稀缺、稳定性差, 需要寻找合适的材料来取代商用的Pt/C催化剂。近年来, 氮掺杂多孔碳材料因其独特的物理和化学特性吸引了大量的关注。本文使用富含氮元素的可再生土豆作为生物质前驱体, 通过简单的一步热解过程和KOH活化方法相结合制备出了一系列氮掺杂多孔碳电催化剂; 并系统研究了KOH用量和活化温度对碳基体孔结构和电催化性能的影响。结果表明, 当活化温度为750 ℃、KOH与碳的质量比为3/1时, 所制备的催化剂(NPC-750)的氧还原活性最高, 起始电位和半波电位分别达到0.89和0.79 V (vs. RHE), 极限电流密度达到5.53 mA?cm ^-2。NPC-750优异的氧还原催化活性主要归因于其发达的孔结构、高的比表面积(1134.2 m ²?g ^-1)和合适的氮含量(1.57at%)。同时, 优异的循环稳定性和抗甲醇中毒性能进一步说明这些生物多孔碳材料是潜在的低成本氧还原电催化剂。此外, 这些高比表面积多孔碳在超级电容、吸附/分离、催化以及电池等领域也具有潜在的应用前景。     

钴/锌双金属多孔氧化物的制备及其活化过一硫酸盐降解亚甲基蓝的性能

采用草酸盐-热解法制备钴/锌双金属多孔氧化物复合材料，并用于催化过一硫酸盐(PMS)处理亚甲基蓝(MB)溶液。以Co(NO₃)₂·6H₂O和Zn(NO₃)₂·6H₂O为金属离子源，草酸为沉淀剂，Co²⁺和Zn²⁺同步沉淀获得钴锌草酸盐前驱体，将草酸盐热解后获得具有不同Co/Zn摩尔比的多孔Co₃O₄/ZnO复合氧化物催化剂。结果表明：Co/Zn原料比为1∶5的复合材料(Co₁Zn₅)催化活性最佳，在催化剂用量和PMS浓度分别为0.02 g·L^-1和0.6 mmol·L^-1时，其对MB溶液的降解率可达98.49%。电子顺磁共振(EPR)测试结果表明，Co₁Zn₅/PMS催化氧化体系对MB的降解遵循自由基和非自由基双重机理。Co₁     

ZIF衍生钴镍笼状双金属硫化物高效双功能电催化剂

锌-空气电池的阴极氧还原反应(ORR)动力迟缓,急需开发活性高、成本低的阴极催化剂。本文采用两次热解法合成了沸石咪唑酯骨架结构(ZIF)衍生的多孔碳负载Co、Ni双金属硫化物笼状纳米颗粒材料,通过SEM、XRD、Raman、N₂吸附比表面分析、电化学分析等对负载Co、Ni笼状双金属硫化物的多孔碳进行形貌、结构表征以及性能测试。结果表明,金属硫化物导电性能优异,且热解后的多孔碳结构会暴露更多活性位点,具有优异的电催化活性,ORR性能测试中,其半波电位可达0.89 V,优于商用Pt/C催化剂的0.85 V。OER性能在电流密度为10 mA/cm²时电位为1.79 V,与商用IrO₂(电位可达1.68 V)相当。本文制备的笼状双金属硫化物具有优异的性能,可作为锌-空气电池的优异双功能电催化剂。     

Co3S4电极材料的制备及在碱性析氢反应中的重构行为研究

因为析氢反应(HER)电位远低于析氧反应(OER),催化剂的重构过程相对迟缓,所以其重构现象鲜有报道。为此,本工作通过水热和硫化两步法成功合成了自支撑碳布(CC)负载纯相Co₃S₄电极材料,其微观呈纳米颗粒组装的绿疣海葵状结构。该电极材料在1 mol/L KOH的HER电化学测试中就能发生快速、完全重构,催化活性显著提升,在100 mA·cm^-2时过电位降低约55 mV。诱发重构主要是硫组分浸出所致。重构后的电极材料物相为Co(OH)₂,且形貌已完全转变为数层纳米片堆叠而成的大比表面花状结构,暴露出更多的活性位点,促进电解液与电极材料的接触,加速催化反应中的传质过程,进而提升催化活性。这一发现有助于科研工作者初步认识硫化物催化剂电极材料在HER催化过程中的重构行为。