氮化钛在燃料电池氧还原反应中的研究进展

随着世界能源需求总量的持续增长,新型能源的转换利用与存储成为目前科学研究的热点问题。燃料电池作为最具前景的能源转换技术之一,因其能量转化效率高、环境友好、能量密度高、燃料范围广等独特优势受到来自学术界和产业界的广泛关注。氧还原反应(ORR)是燃料电池阴极重要的电极反应,然而其动力学过程缓慢、高度依赖于贵金属铂、长时间运行后催化性能和耐久性急剧退化,现已严重制约燃料电池商业化的大规模推广和应用。因此,研发低成本、高活性和高稳定性的催化剂对推动燃料电池商业化具有重要意义。氮化钛(TiN)材料因具有良好导电性、高熔点、高硬度及耐磨耐酸碱腐蚀等优异特性,在开发高度耐用的催化剂载体领域极具应用前景。具有良好形貌、大比表面积和纳米结构的先进TiN材料作为催化剂载体时,可通过提高贵金属铂利用率、增强金属-载体间相互作用、促进质量/电荷转移以及增强耐腐蚀性,从而实现铂基催化剂电催化活性显著提高。此外,TiN还具有类似贵金属的电子属性,自身对ORR表现出活跃的催化性能和良好的稳定性,在ORR非贵金属催化剂研究中备受青睐。因此,本文综述了具有良好形貌结构特征的TiN材料的制备方法及合成机制,阐述TiN、过...     

燃料电池阴极氧还原非铂类催化剂研究进展

燃料电池是一种能将化学能直接转化为电能的装置,具有对环境友好,能量转化率高等优点。目前,燃料电池主要以铂基催化剂为主,但铂价格昂贵,储量有限,易中毒,其商业化应用受到限制,因此开发低廉高效、来源广泛的非贵金属阴极氧还原催化剂成为研究热点。介绍了燃料电池阴极氧还原非铂类催化剂研究进展。     

基于席夫碱反应的腙键共价有机聚合物的合成与表征

以均苯三甲酰肼(1,3,5-Benzenetricarbohydrazide,BTH)和对苯二甲醛(1,4-phthalaldehyde,PD)为有机单体构建模块,根据席夫碱(Schiff-base)反应原理和网状化学的设计思想,设计合成了一种新的腙键共价有机聚合物(BTH-PD-COP)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、固体核磁(13 C NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、热重分析(TGA)等分别对BTH-PD-COP材料进行了结构和性能表征。结果表明,BTH-PD-COP材料具有优异的物理化学性能。     

共价有机骨架材料的合成及应用

共价有机骨架材料(Covalent organic frameworks,COFs)是有机单体通过可逆共价键连接形成的晶型有机多孔材料.自2005年首例COFs报道以来,大量新型COFs应运而生.COFs具有质量轻、密度低、结构规整、孔道结构可调、比表面积大、化学稳定性高的优势,在生命科学、环境保护和能源化工等方向具有巨大的应用潜力.由于功能化的COFs易实现不同物质在其内部的传输,目前研究人员已经成功将大量COFs应用于气体的吸附和分离与存储、催化剂、药物传递、有机电子器件和选择性分离薄膜等领域并取得了丰硕的研究成果.大量研究表明,COFs是高效存储CO2、H2和CH4的多孔材料,并且也可以作为催化剂载体,甚至可以直接作为催化剂用于催化各种化学反应.COFs的水分散度高且不会对细胞产生毒性,对布洛芬、5-氟尿嘧啶和槲皮素等药物表现出高效的负载和释放性能.2D COFs的π阵列型结构孔道高度规整,容易形成良好的载流子传导路径,可作为半导体元器件、超级电容器和质子交换膜等有机电子器件的理想候选材料.由于其高度有序且稳定的纳米孔道结构特性,2D COFs还可作为性能良好的纳滤薄膜,以高效分离溶剂中的染料分子.本文总结了COFs的各种特性并概述了COFs的结构设计、功能化和合成方法,综述了COFs在气体吸附与存储、催化剂、药物传递、有机电子器件和选择性分子筛薄膜领域的应用进展,并对其发展的新趋势进行了展望.     

石墨烯基复合纳米材料在燃料电池阴极氧气还原反应催化剂上的应用

石墨烯作为一种单原子层厚度的新型碳材料,因其独特的结构而展现出优异的电学、力学和热学等性能。由于其高导电性、高电子迁移率、超大比表面积和良好的化学稳定性,作为碳基催化载体,石墨烯可显著提高复合材料的催化性能,并在燃料电池阴极氧气还原反应(ORR)催化剂方面展现出极大的应用空间和前景。综述了近5年来石墨烯基复合纳米材料在燃料电池阴极催化上的最新研究成果,并对该领域今后的研究和发展进行了展望。     

手性共价有机框架的合成及应用研究进展

共价有机框架(COFs)是由多齿有机单元通过共价键连接而成的一类新兴的多孔晶体材料。由于COFs材料具有较大的比表面积、较好的结构和化学稳定性等特征,在许多领域表现出优异的应用前景。随着手性科学的不断发展,手性COFs材料应运而生,其结构类型的设计、开发及应用备受研究者们关注。鉴于此,介绍了近年来手性COFs材料的合成策略和合成方法的研究进展,包括后修饰策略、自下而上策略和手性诱导策略,以及基于不同策略设计得到的手性COFs材料结构的类型。此外,简要介绍了手性COFs材料在手性拆分、不对称催化与色谱分析等领域的应用。     

疏水型共价有机框架的合成及应用研究进展

共价有机框架(COFs)是一种新兴的晶体多孔聚合物,因其组成多样化、孔径可调、高稳定性等优点已在很多领域表现出优异的应用前景。随着疏水材料的不断发展,疏水型COFs材料备受关注,其结构类型的设计、开发及应用研究已有相关报道。鉴于此,从C(主要包括含氟类、长链烷烃类及其他芳香烃类疏水型COFs材料)及合成策略方面综述了近年来疏水型共价有机框架相关研究进展。此外,简要介绍了疏水型COFs材料在油水分离、固相微萃取与吸附领域的应用。     

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。     

共价有机框架材料的合成及其在酶固定化中的应用进展

酶是一类具备优异催化活性和高区域选择性的天然催化剂,在工业催化领域具有广阔的应用前景。然而,酶促转化的应用受到酶在恶劣条件下的脆弱性的阻碍。幸运的是,固定化已被证明是改善酶不稳定性一种有前途的方法。由于物理化学特性可调,高结晶度,大比表面积、优越的吸附能力、可预先设计的结构和出色的稳定性等特性,共价有机框架(COFs)被认为是固定化酶的理想载体材料。与其他传统载体材料相比,COFs的高度多孔性使其具有更高的酶载量,表现出更优的催化效果。酶是通过物理吸附、直接共价连接或通过交联剂,实现与COFs的结合。首先介绍了COFs的合成方法与功能化,然后系统总结了COFs固定化酶的策略与最新研究进展,最后初步讨论了COFs在固定化酶领域面临的挑战与机遇。     

炭负载铁系元素催化剂在氧还原反应中的应用研究进展

金属-空气电池作为新兴的能源装置受到了人们的关注.氧还原反应(ORR)是金属-空气电池的关键电化学过程.由于氧还原反应缓慢的动力学速率和铂基ORR催化剂高昂的价格严重阻碍了金属-空气电池的规模化应用.铁系元素不但地球储量丰富而且具有多样的杂化轨道,将铁系元素引入到炭骨架中可以实现与铂相近的催化性能,非常有希望取代铂基催...     

聚合物阴极界面修饰材料在有机太阳能电池中的最新研究进展

有机太阳能电池由于具有制作成本低廉、质轻、制备工艺简单、易于制备大面积的柔性器件等明显优势,引起了科学工作者们的极大关注。研究结构新颖、性能优越的阴极界面修饰材料成为太阳能电池研究的热点。介绍了有机太阳能电池的基本结构,综述了聚合物阴极界面修饰材料的设计策略和研究新进展,对该类型材料的发展趋势和研究方向进行了展望。     

铁相关催化剂在氧还原反应中的研究进展

开发新型能源是解决全球能源问题的重要手段。锌-空气电池有望在能源转化和储存领域得到广泛应用,但其空气电极发生的氧还原反应(oxygen reduction reaction, ORR)因反应动力学缓慢严重限制了其大规模应用,因此迫切需要开发高效且稳定的ORR催化剂来解决这一问题。铁元素由于价格低廉、储量丰富、获取方式简单等优点成为ORR催化剂研究的重要选项。近几年,具有铁元素相关活性位点的催化剂受到了广泛的研究,并被认为是最具潜力的贵金属催化剂的替代品。简要介绍了可用于ORR的铁基碳材料催化剂(iron-based carbon material catalyst, IBCMC)的研究现状,按照活性位点分类分别探讨活性位点对IBCMC催化性能的影响,并对影响IBCMC稳定性能的因素进行了讨论,展望了IBCMC在ORR催化领域的发展方向。     

新型三元聚合物给体材料的合成及在有机太阳能电池中的应用

以吡咯并[3,4-c]吡咯二酮(DPP)为A单元,苯并[1,2-b∶4,5-b′]二噻吩(BDT)和萘为D单元,合成了一种新型2D/A型三元共轭聚合物太阳能电池给体材料(PDPP-BDT-NT),通过核磁共振氢谱(1 H NMR)对其结构进行了表征,通过热重分析、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、循环伏安法对其热学性质、光物理性能及能级结构进行了研究。PDPP-BDT-NT具有较好的热稳定性,热分解的温度为401℃,有较宽的吸收光谱,可覆盖300~900nm,最高占据轨道(HOMO)能级为-5.35eV。以聚合物PDPP-BDT-NT为给体材料,PC60BM为受体材料,制备了一系列有机聚合物太阳能电池,在大气质量(AM)为1.5G,功率为100mW·cm-2模拟的太阳光照射下,有机聚合物太阳能电池的光电转化效率(PCE)可达2.09%。甲醇处理后,有机聚合物太阳能电池的PCE可达2.34%。     

有机聚合物微粒子的合成与应用

有机聚合物微粒子的合成与应用有机聚合物微粒子是在无机系超微粒子已崭露头角的大约１０年之前开始积极开发和商品化的，现在日本市场上有许多种有机聚合物微粒子商品出售（表１）。无机系粒子主要是数１０ｍ左右或更小的超微粒子，而有机聚合物粒子虽然也有粒径范围为０...     

共价有机骨架聚合物(COFs)的研究进展

共价有机骨架聚合物(COFs)是一类结晶微孔聚合物,具有优异的孔性质、高的热及化学稳定性和大的比表面积,在气体储存、催化、光电材料等诸多领域中有重要的应用前景,已成为国内外的研究热点。简要介绍了共价有机骨架聚合物的合成方法,最后对该领域未来发展趋势进行了展望。     

有机-无机离子纳米粒子的合成及在聚合物中的应用研究进展

有机-无机离子纳米粒子在无溶剂的条件下具备类似于液体的流动性、导电性能和耐热性能好、粒子自组装有序排列、呈现单分散核-壳粒子、结构稳定及具有绿色环保性等优点,能在纳米材料领域广泛应用。重点介绍了有机-无机离子纳米粒子的制备方法、分类、原理及在高分子复合材料领域的应用前景,并指出其在实际应用中遇到的瓶颈。     

共价有机聚合物/石墨烯复合材料的制备及锂电性能研究

共价有机聚合物(COPs)作为一类新型材料,凭借其诸多优异特性得到越来越广泛的应用。本实验以三聚氰胺和1,4-二溴丁烷为原料合成片层结构的三聚氰胺基共价有机聚合物,片层厚度为3. 5 nm左右。采用原位掺杂石墨烯(rGO)的方式制备COPs/rGO复合材料并测试了其作为锂电池负极材料的电化学性能。实验结果显示,电极材料在50 m A/g的条件下充放电循环100次后仍然保持有420 m Ah/g的放电比容量,同时表现出优异的高电流密度和倍率性能。由此可以看出该COPs/rGO复合材料是一种很有前景的储锂材料。     

导电性有机聚合物的电解合成及其应用

本文介绍了导电性有机聚合物电解合成的方法、机理和应用。