薄壳层核壳型Ni/Pt纳米粒子的制备及电催化性能

通过胶体-化学镀法制备不同厚度薄壳层核壳型Ni/Pt纳米粒子, 采用HRTEM、EDS、XPS和XRD手段对粒子的形貌、晶型和组成进行物理表征. 采用动电位、循环伏安法对其氧电还原和甲醇电氧化活性进行测试. 实验结果表明, 核壳结构Ni/Pt纳米颗粒基本为球形, 其中Ni₁-Pt_0.067平均直径为7 nm左右, 壳层厚度约1 nm. 与Pt/C相比, 核壳型Ni/Pt纳米粒子对氧电还原和甲醇电氧化的催化活性显著提高. 在所制备的不同壳层厚度催化剂中, Ni₁-Pt_0.067/C在0.5 mol/L H₂SO₄中氧电还原的最大峰电流密度可达到143.06 mA/mg, 是相同反应条件Pt/C峰电流密度的1.4倍; 而Ni₁-Pt_0.067/C在0.5 mol/L H₂SO₄+1.0 mol/L CH₃OH溶液中甲醇电氧化峰电流密度可达538.3 mA/mg, 是Pt/C峰电流密度的5.2倍. 若以1 mg贵金属Pt为基准, Ni₁-Pt_0.067/C的比质量活性相对Pt/C的提高了30倍.     

基于金属-有机框架的M-N/C类催化剂在氧还原反应中的应用

燃料电池阴极发生氧还原反应(ORR)的动力学过程缓慢，通常需要Pt/C作为催化剂降低反应过电位。然而Pt作为一种贵金属，其使用将极大增加燃料电池的生产成本，因此开发非贵金属催化剂来替代Pt/C催化剂具有重要意义。金属有机框架材料(MOFs)因其具有高比表面积、有序多孔结构、拓扑结构可调等特点作为前驱体被广泛应用于M-N/C类催化剂的合成。M-N/C类催化剂继承了MOFs的结构特征，且具有丰富的活性位点，提高催化活性和分级结构以促进传质过程，因此表现出良好的ORR催化性能。从单金属/氮/碳和多金属/氮/碳组成角度出发，对近几年来关于M-N/C类催化剂的结构设计思路和合成策略进行了总结，阐述了其在ORR中的催化性能，展望了其未来发展前景。     

石墨化介孔碳包裹WC纳米粒子的构建及其氧还原性能研究

采用模板复型辅助的化学气相沉积法(CVD)成功制备出一种非贵金属的氧还原反应(ORR)催化剂材料—包裹碳化钨纳米粒子的石墨化介孔碳(WC/MG)复合物。制备的介孔结构WC/MG复合材料不仅具有高氧还原反应电化学催化活性, 还表现出良好的电化学稳定性。在O₂饱和的0.1 mol/L KOH电解质溶液中, 900℃制备的样品WC/ MG-900其半波电势(E_1/2)和极限电流密度仅比商用贵金属催化剂Pt/C分别低50 mV 和 0.2 mA/cm²。Koutecky- Levich曲线和旋转环盘电极实验均表明, 该介孔结构的WC/MG复合材料表现出近似4电子的ORR反应途径, 具有可与Pt/C催化剂相比拟的ORR催化活性, 以及比Pt/C更优越的电化学稳定性和耐甲醇性能, 使得该介孔结构WC/MG复合物在氧还原电极材料中表现出良好的应用前景。     

新型复合CdIn2S4/ZnIn2S4异质结的制备及其光催化性能

探索高效、稳定的光催化剂是实现实用化太阳能光催化降解污染物的永恒追求。采用化学共沉淀法合成了CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄微球，然后500°C退火得到降解性能更好的CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄异质结。SEM、XRD、XPS、BET和UV-Vis DRS对样品进行了表征。观察到异质结外貌为球形，具有典型的介孔结构，表面光电流响应和阻抗测试结果显示其活性显著增强。在光催化降解亚甲基蓝的反应中，退火后的CdIn₂S₄/ZnIn₂S₄异质结的光催化活性最佳。反应90 min后，亚甲基蓝(MB)的降解率为96.7%。活性的提高可以归因于催化剂对可见光吸收的增强和光生电荷分离效率的提高。对照实验证明，降解体系中产生的活性物种·O₂^-在降解过程中起关键作用。预测了异质结光催化降解污染物的机制。本...     

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...     

Co和Co9S8纳米颗粒均匀嵌入S、N共掺杂的多孔碳材料的电催化性能研究

热解金属有机骨架材料(MOFs)可以得到活性物质均匀嵌入的杂原子掺杂多孔碳材料，这种多孔碳材料在电催化领域具有重要的研究意义。对以Co²⁺为中心离子，2,5-噻吩二羧酸和4,4-联吡啶为有机配体的Co基金属有机骨架材料([Co(tdc)(bpy)]²_n)进行热解处理，成功制备了Co和Co₉S₈纳米颗粒均匀嵌入的S、N共掺杂的多孔碳材料(Co/Co₉S₈@SNC)。其中700℃下热解得到的Co/Co₉S₈@SNC-700上形成的Co和Co₉S₈催化颗粒的比例适中，且多孔碳上的S和N掺杂的形式及比例也最佳。故Co/Co₉S₈@SNC-700在碱性电解液中表现出最佳的氧还原及氧析出双功能电催化性能和导电性。电化学测试结果表明，Co/Co₉S₈@SNC-700的氧还原极...     

碱性溶液中不同微观结构的Fe-N/C催化剂氧还原性能的稳定性对比研究

Fe-N/C催化剂在氧还原反应中的作用机理对于开发高效、可持续使用的非贵金属催化剂在聚合物电解质膜燃料电池中的应用至关重要, 但目前仍存在很多的难以攻克的问题。为了揭示纳米结构与电化学活性的关系, 本研究开发了一种具有高电化学活性的Fe-N/C氧还原催化剂, 该催化剂含有Fe-N_x位点和被氮掺杂的碳纳米管包裹的Fe/Fe₃C纳米晶体两种具有氧还原反应电化学活性的纳米结构。尽管不含贵金属铂, 本研究合成的Fe-N/C催化剂在碱性条件下仍显示出较高的ORR活性, 半波电势为0.86 V(vs RHE), 质量活性为18.84 A/g(0.77 V(vs RHE), 极限电流密度为-4.3 mA·cm ^-2。同时, 电子转移数为3.7(0.2 V(vs RHE), 说明Fe-N/C催化剂中4电子ORR反应的比例较高。石墨烯包覆的金属Fe/Fe₃C纳米晶生长N-CNTs后, 材料的导电性有所提高, 并且Fe-N_x活性位点在Fe/Fe₃C纳米颗粒表面分布均匀, 改善了材料的电化学活性。本研究为非贵金属氧还原电催化剂的继续深入研究以及广泛应用于商业化生产提供了一定的借鉴和依据。     

燃料电池低Pt核壳结构催化剂的最新研究进展

传统的Pt/C催化剂,由于仅仅是处于纳米粒子表层的Pt原子参与电催化反应,而大多数位于粒子内层的Pt却未能得到有效利用,由此造成燃料电池成本高昂,阻碍了它的大规模商业化进程。核壳结构催化剂是近年来出现的一类极其重要的低Pt催化剂,这类催化剂是使用廉价贵金属、过渡金属、合金及导电化合物的纳米粒子作为核,在其表面覆盖一个原子层厚度或者几个原子层厚度的Pt为壳层而制得的新型高性能催化剂。核壳结构低Pt催化剂可大幅度降低燃料电池的贵金属Pt的使用量,进而降低燃料电池的成本,是实现质子交换膜燃料电池大规模商业化的希望所在。有关核壳结构低Pt催化剂的研究已成为燃料电池领域最热门的研究课题之一。综述了近年来低Pt核壳结构催化剂的研究进展,包括低Pt核壳结构催化剂制备技术的研究进展,以廉价贵金属、合金及导电化合物纳米粒子作为核的低Pt核壳结构催化剂的设计、制备及其相关研究情况。介绍了不同类型的核与Pt壳层之间的相互作用,讨论和总结了影响低Pt核壳结构催化剂电催化活性的相关因素,并对低Pt核壳结构催化剂的研究及其应用进行了展望。     

ZIFs材料对Fe/N/C催化剂氧还原性能的影响

过渡金属/氮/碳(M/N/C)催化剂是替代铂基催化剂用于氧还原反应(ORR)的理想材料。沸石咪唑骨架(ZIFs)材料结合了无机沸石的高稳定性和MOFs材料的高比表面积、高孔隙率及可调孔结构等特点,是制备M/N/C催化剂的优良前驱体。本工作以FeSO₄·7H₂O为铁源,1,10-菲啰啉为氮源,探究不同ZIFs材料对FeN/C-Z_x催化剂ORR性能的影响。通过X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等对催化剂进行结构表征,使用线性扫描伏安法对催化剂ORR催化活性进行测试。结果表明：FeN/C-Z₈催化剂表现出最佳的ORR活性,具有较小的Tafel斜率(64.98 mV/dec)且反应过程是近四电子过程;在经过25 000次循环后,FeN/C-Z₈催化剂的半波电位仅有20 mV的负移,表现出良好的稳定性。FeN/C-Z₈催化剂中存在的Fe₃C化合物可有效提高催化剂的催化性能;Zn²⁺在碳化过程中挥发使FeN/...     

纳米多孔MoNi/Al3Ni2材料制备及电催化析氢性能的研究

开发非贵金属高效电催化剂是降低电解水制氢成本的关键。通过激光直写技术以及脱合金在泡沫镍基底上制备了一种自支撑的纳米多孔MoNi/Al₃Ni₂催化剂。该催化剂的纳米多孔结构增加了催化反应的活性位点,MoNi和Al₃Ni₂之间的协同效应使催化剂在碱性介质(1 mol/L KOH)中表现出优异的析氢性能。电化学测试结果表明,Al含量为80%时制备的MoNi/Al₃Ni₂催化剂在10 mA/cm²的电流密度下,过电位仅为31 mV,且表现出良好的电化学长期稳定性,在10 mA/cm²的电流密度下,稳定催化析氢100 h以上,为工业电解水析氢用电催化剂的大规模制备提供了理论指导。     

氢化TiO2包覆核壳C/Fe3O4@rGO锂离子电池阳极材料

通过一种简便的方法制备氧空位缺陷的氢化TiO₂包覆核壳结构C/Fe₃O₄@rGO(H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO)复合材料，作为锂离子电池(lithium-ion batteris, LIBs)高性能阳极材料。TiO₂在Li⁺脱嵌过程中体积膨胀系数约为4%,可缓解Fe₃O₄在充放电过程中的体积膨胀，提高阳极材料结构的稳定性。同时，通过氢化处理改善TiO₂较低的电导率(约1×10^-12 S·m^-1)。H-TiO₂/C/Fe₃O₄@rGO在0.3 A·g^-1的电流密度下循环200周次后比容量为867 mAh·g^-1,在1 A·g^-1的电流密度下循环700周次的比容量为505...     

表面改性ZnIn2S4纳米片及助催化剂MoS2修饰提高其光催化性能

我们设计了一种具有丰富活性位点和高效电荷分离的MoS₂/ZnIn₂S₄光催化剂体系。首先采用低温回流法通过添加少量的柠檬酸钠对ZnIn₂S₄纳米片的尺寸进行调控从而制备了具有丰富活性位点ZnIn₂S₄纳米片。进一步通过简单的光辅助沉积法将不同质量MoS₂负载在ZnIn₂S₄纳米片表面合成MoS₂/ZnIn₂S₄复合材料。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS),紫外-可见漫反射(UV-vis DSR)和电化学性能测试等表征手段对材料的形貌、结构和性能进行分析。经研究发现，ZnIn₂S₄纳米片较块状ZnIn₂S₄具有丰富的活性位点，MoS₂/ZnIn_2<...     

电化学法制备Co(OH)2/Cu(OH)2异质结电极及其作为析氧电催化剂的研究

贵金属IrO₂和RuO₂被广泛认为是优异的析氧(OER)催化剂，但是高成本限制其应用与发展，故开发高效的非贵金属OER催化剂具有重大的实际意义和应用前景。采用简便的电化学法制备了一种三维异质结电极Co(OH)₂/Cu(OH)₂作为优良的OER催化剂。Co(OH)₂/Cu(OH)₂由于其三维异质结构，使其具有较大的比表面积和充足的活性位点，同时调节了表面Co的电子结构进而提高OER活性，表现出优良的催化性能。在1mol/L KOH溶液中，Co(OH)₂/Cu(OH)₂能在270mV的低过电位下达到10mA/cm²,并且能保持在100mA/cm²的大电流密度下较长时间进行OER反应，是一种优良的OER催化剂。     

碳纳米管锚定在中空碳上用于高效氧还原反应（英文）

设计和制备用于高效氧还原反应(ORR)的非贵金属基电催化剂对于清洁能源转换装置的开发至关重要,但又极具挑战性.在本工作中,我们通过热解双金属前驱体ZIF-Zn/Co,成功制备了一种新型的分级中空碳纳米复合材料HNCT-CNT.该材料富含Co-N_x位点以及原位形成的多壁碳纳米管.理论和实验表明, HNCT-CNT使ORR中间体的活化能垒降低,因而表现出了优异的ORR性能.最佳催化剂表现出较正的半波电位为0.85 V,极限电流密度高达6.36 mA cm^-2, Tafel斜率为58.2 mV dec^-1,且结构稳定性良好.此外,基于HNCT-CNT组装的锌空气电池还显示出1.49 V的开路电压和116.56 mW cm^-2的功率密度.综上,这种无机物模板法为制备金属有机框架化合物衍生的非贵金属基碳纳米电催化剂用于高效的电化学能源领域提供了一种新的方法.     

碱性溶液中不同微观结构的Fe-N/C催化剂氧还原性能的稳定性对比研究（英文）

Fe-N/C催化剂在氧还原反应中的作用机理对于开发高效、可持续使用的非贵金属催化剂在聚合物电解质膜燃料电池中的应用至关重要,但目前仍存在很多的难以攻克的问题。为了揭示纳米结构与电化学活性的关系,本研究开发了一种具有高电化学活性的Fe-N/C氧还原催化剂,该催化剂含有Fe-N_x位点和被氮掺杂的碳纳米管包裹的Fe/Fe_3C纳米晶体两种具有氧还原反应电化学活性的纳米结构。尽管不含贵金属铂,本研究合成的Fe-N/C催化剂在碱性条件下仍显示出较高的ORR活性,半波电势为0.86 V(vs RHE),质量活性为18.84 A/g(0.77 V(vs RHE),极限电流密度为–4.3 mA·cm~(–2)。同时,电子转移数为3.7(0.2 V(vs RHE),说明Fe-N/C催化剂中4电子ORR反应的比例较高。石墨烯包覆的金属Fe/Fe_3C纳米晶生长N-CNTs后,材料的导电性有所提高,并且Fe-N_x活性位点在Fe/Fe_3C纳米颗粒表面分布均匀,改善了材料的电化学活性。本研究为非贵金属氧还原电催化剂的继续深入研究以及广泛应用于商业化生产提供了一定的借鉴和依据。     

Sb2S3基负极材料的制备及储能性能研究进展

由于在低电位范围内的合金化/脱合金化反应机制,硫化锑（Sb₂S₃）材料的理论放电比容量高达946 mA·h·g^-1,是一种有发展前景的锂/钠/钾离子电池负极材料。然而,在电化学反应过程中Sb₂S₃材料的聚集性和较差的导电性限制了离子/电子转移,导致了较差的电化学性能,严重阻碍了其实际应用。有必要对Sb₂S₃基负极材料的结构设计和储锂/钠/钾机制及近几年来的一些重要工作进行总结。本文综述了近年来Sb₂S₃基化合物材料的研究进展,主要包括合理的结构设计和/或与碳基材料结合等策略及所涉及的电化学反应机制,并提出了进一步改善Sb₂S₃化合物负极材料的展望。     

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...     

石墨烯/金属氮杂环纳米复合材料在燃料电池分子氧催化还原反应中的应用研究

石墨烯具有良好的电子传导性、巨大的表面积、稳定的化学和机械稳定性等,在分子氧催化还原(ORR)反应中可以有效地改进催化剂的催化活性,是过渡金属大环催化剂新的基底材料。对石墨烯支持的非贵金属氮杂环复合材料在ORR催化反应中的应用以及影响催化O_2活性的因素进行了讨论。重点讨论了卟啉和酞菁中心金属核,Co和Fe,以及卟啉和酞菁作为N的前驱体对ORR电催化活性的影响,并展望了非贵金属氧还原催化剂在燃料电池中的研究发展方向。     

过渡金属和磷共掺杂多孔碳作为氧气还原电催化剂

碳基材料作为非贵金属催化剂具有导电性能高、稳定性能好、价格低廉、环境友好等优点,在燃料电池阴极催化剂领域中引起了广泛的关注,尤其是过渡金属和异原子共掺杂能够显著提高碳材料的氧气还原催化活性。本文采用聚醚(F127)作为软模版,苯酚、甲醛作为碳源,四苯基溴化膦作为磷源,硝酸盐作为过渡金属来源,通过挥发溶剂自组装及高温煅烧过程制备了过渡金属(Co、Fe、Ni、Mn)和磷(P)共掺杂多孔碳材料(TM-P-C)。通过旋转环盘电极研究了TM-P-C在0.1 mol/L KOH电解液中的氧气还原电催化性能。研究结果表明：TM-P-C催化剂具有较高的氧化还原反应(ORR)电催化性能,其ORR活性为P-Co-C>P-NiC>P-Fe-C>P-Mn-C,其中P-Co-C的ORR电催化性能可与商业20wt%Pt/C催化剂相媲美,其电流密度与20wt%Pt/C催化剂的电流密度相当,与20wt%Pt/C仅存在66 mV的半波电位差,表现为ORR的4e–转移途径。制备的TM-P-C催化剂所具有的较高氧气还原电催化活性主要来自于过渡金属和P原子之间的协同作用。此外,TM-P-C催化剂表现出优异的...     

MoS2/Sb2S3复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过一步水热法制备出MoS₂/Sb₂S₃可见光复合催化剂,采用XRD、SEM、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）和XPS表征手段对MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B（RhB）作为目标污染物进行降解实验。与纯Sb₂S₃和MoS₂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂对RhB的光催化降解具有更高的效率,表现出优异的吸附性能和光催化性能。同时在相同的实验条件下,与TiO₂、Bi₂S₃、C₃N₄、Sb₂S₃等催化剂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂表现出更为优异的光催化性能。此外,探究了MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂光催化降解机制,阐述了光催化反应机制,提供了一种适用于降解较高浓度有机废水的光催化剂制备方法,具有一定的应用价值。