海底微生物燃料电池阳极锰盐改性及产电性能研究

阳极是限制海底微生物燃料电池输出功率的关键因素,通过改性阳极,可望提高微生物燃料电池性能.本文利用MnSO4氧化还原介体修饰石墨阳极,研究了MnSO4含量对阳极和电池产电性能的影响.结果表明,锰离子可有效加速电子转移,当阳极MnSO4的含量为4%时,阳极性能最好,电池内阻最小,最大输出功率密度为51.64mW/m2,是...     

基于生物质制备活化三维多孔碳及其在微生物燃料电池中的应用

微生物燃料电池是一种能把污水中有机物蕴含的化学能直接转换成电能的装置。目前,相对低的输出功率密度限制了它的应用。开发高性能的阳极材料是解决途径之一。基于生物质秸秆利用Hummers氧化法结合抗坏血酸还原法制备了活化三维多孔碳阳极,用扫描电子显微镜观察了所制备的材料的形貌、发现活化过程可以产生许多大小不一的孔结构,可有效帮助传质扩散。交流阻抗谱、循环伏安测试表明,活化可以大大提高三维多孔碳的电化学性能,基于活化三维多孔碳3DPC阳极所制备的微生物燃料电池(MFCs),最大功率密度可达到1184.5W/m~3,远远高于改性前(774.8W/m~3)。此研究为构筑新型三维碳基阳极提供了新思路和新方法。     

二氧化锡掺杂碳纳米管电极制备及应用

采用化学气相沉积法,在碳毡基体上合成碳纳米管,将二氧化锡(SnO_2)溶胶负载在碳纳米管表面,然后煅烧处理,制备碳毡基载SnO_2掺杂碳纳米管复合电极,用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和能量色散X-射线(EDX)对样品表征。以复合电极为阳极,葡萄糖溶液为阳极室供给基质,柔性石墨为阴极,构建微生物燃料电池,考察复合电极对微生物燃料电池产电性能及化学需氧量(COD)除去率影响。实验表明,温度为38℃,外电阻为2500Ω,基质浓度为1500mg/L时,微生物燃料电池最大输出电压为563mV,对COD降解率为78%。     

纳米碳颗粒负载碳化钼复合物的制备及其催化性能研究

利用爆炸辅助的化学气相沉积法成功地制备了纳米碳颗粒负载碳化钼的复合物,并利用TEM和XRD对合成纳米复合物的形貌和结构进行了表征;以环己烷脱氢反应为探针对其催化性能进行了评价,考察了钼含量对碳化钼复合物催化性能的影响.结果表明,纳米碳颗粒由有序度较低的石墨片层组成,形貌近似球形,粒度分布均匀,大小约为20nm,原位修饰的六方碳化钼分散在碳颗粒表面;钼含量不同,复合物对环己烷脱氢催化性能有较大差异,当钼含量为15%时,催化性能最好.     

海底微生物燃料电池聚吡咯/多壁碳纳米管复合改性阳极及电化学性能

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,氯化高铁为氧化剂,采用化学氧化法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)复合材料,并以该复合材料制备海底微生物燃料电池的阳极,并测试了改性阳极及电池的电化学性能。研究表明,聚吡咯紧密包裹在MWCNTs表面,改性阳极最大交换电流密度0.66 m A/cm2,是未改性的3.6倍。改性电池的最大功率密度为408.8 m W/m2,是未改性电池的5倍多。改性电极的电容是赝电容和双电层电容协同作用的结果,显著提高了电子传递效率和抗极化性能。提出了一种阳极/生物膜界面电子传递的新机理。     

阳极碳纸叠加层数对微生物燃料电池产电性能的影响

以大肠杆菌(E.coli)为微生物催化剂、葡萄糖为燃料、次甲基蓝(C_(16)H_(18)CLN_3S·3H_2O)为电子煤介体构建双室微生物燃料电池(MFC),通过考察开路电压、功率密度、循环伏安、交流阻抗、极化曲线的变化规律,研究不同碳纸叠加层数对电池产电性能的影响。试验结果表明:在1000Ω外阻条件下,以1、3、5片碳纸叠加作为电池阳极,得到MFC最大输出功率密度分别为252.5mW/m~2、358.7mW/m~2和674.65mW/m~2,电池内阻分别为400Ω、300Ω和200Ω。说明阳极比表面积随着碳纸叠加层数增加而增大,为E.coli提供了更大的成膜空间,为产电菌的附着提供了有利条件,同时内阻减小,MFC输出功率密度大幅提高。     

新型纳米碳/碳化钼的制备及应用研究

碳化钼具有类铂的催化性能,因而纳米碳/碳化钼作为催化剂在许多催化反应、能源和环境领域具有潜在的应用价值。对近年来制备新型纳米碳与碳化钼的方法、在催化等领域的应用研究进行了综述和总结,并展望了在传感领域的应用前景。     

纳米碳化钼复合物的制备及其CO加氢反应性能

利用溶胶-凝胶法成功地制备了纳米碳化钼复合物,采用热重、TEM和XRD等对合成的纳米碳化钼复合物的形貌和结构进行了表征,以CO加氢反应为探针对其催化性能进行了评价。结果表明:纳米碳化钼粒度分布均匀,包覆在无定型碳中,随着柠檬酸含量的增加粒径逐渐变小,表面Mo物种越不易被还原。用于CO加氢反应具有较高的活性,主要生成低碳烷烃,当CA/Mo=2.0时具有最高的反应活性。     

氮掺杂碳纳米纤维包覆超细碳化钼/氮化钼异质结构用于碱性条件下电催化析氢

高效非贵金属催化剂对于推进析氢反应(HER)的大规模工业化至关重要.碳化钼(Mo₂C)因其类似铂的能带密度和优良的中间产物吸附特性,有望替代贵金属基材料成为具有前景的催化剂.然而,它在常规制备过程中存在严重的晶体过度生长和团聚问题,导致催化效率低.本研究利用三聚氰胺辅助法制备了含有丰富表面和界面的超细碳化钼/氮化钼(Mo₂C/Mo₂N)异质结构,并同时将其嵌入到氮掺杂碳纳米纤维(CNFs)中.Mo₂C/Mo₂N异质结构的协同作用与超细纳米晶表面暴露的丰富活性位点共同提高了电催化活性,而氮掺杂碳纳米纤维框架保证了快速的电荷转移和良好的结构稳定性.此外,原位形成的Mo₂C/Mo₂N晶体与碳基质之间存在较强的界面耦合作用,进一步提高了电子电导率和电催化活性.得益于这些优势,Mo₂C/Mo₂N@N-CNFs在碱性溶液中表现出优异的电催化析氢性能,在电流密度10 mV cm^-2时具有75 mV的低过电势,优于单相Mo₂C@N-CNFs对比样以及近期报道的Mo₂C/Mo₂N基催化剂.这个合成方法集成了异质结构、纳米化和碳修饰策略,为设计高效率电催化材料提供了新的参考.     

甲酸燃料电池中Pd催化剂失活机理研究进展

催化剂是影响燃料电池性能及其产业化进程的关键技术之一。本文在简要介绍直接甲酸燃料电池电催化反应的基础上综述了其阳极Pd催化剂的失活机制的研究进展。     

微生物燃料电池及其应用研究进展

简述了微生物燃料电池的发展简史和工作原理,介绍了微生物燃料电池阳极材料、阴极材料和膜材料等方面的发展现状,分析了近年来国内外对直接和间接微生物燃料电池的研究情况,并指出微生物燃料电池反应器为获取氢能开辟了新用途.     

二维碳化钼纳米材料的制备及其析氢催化性能研究

电解水制氢是目前重要的制氢技术之一,而经济、高效的析氢反应催化剂是这一技术实现工业化的关键之一。简要综述了近3年来二维(2D)碳化钼的主要制备方法及其对电催化性能的影响,并分析了现有制备方法的优势和不足,展望了新型二维碳化钼作为析氢催化材料在电解水中的应用前景。     

微生物燃料电池阳极系统的最新研究进展

微生物燃料电池技术目前取得了突破性的进展,并迅速成为废水处理的热点.该文介绍了微生物燃料电池的工作原理和电子传递途径,并结合近期研究成果,重点评述了微生物燃料电池中阳极系统的研究状况,对阳极特性、产电微生物的种类、阳极生物膜驯化方式等三个方面进行了评价,提出了目前阳极研究中存在的问题以及未来的研究重点和方向.     

Fenton试剂改性海底生物燃料电池阳极及电化学性能

阳极材料直接影响海底生物燃料电池的性能。本文采用一种新型改性试剂—Fenton试剂对石墨阳极进行改性处理。结果表明,改性后电极表面主要引入了羟基和羰基,接触角从82°减小到48°,亲水性明显提高。塔菲尔曲线显示,改性前后交换电流密度分别为0.05 A/m2、0.17 A/m2,电极的动力学活性显著增加,提高了两倍之多。改性和未改性电池的最大输出功率密度分别为33.21 mW/m2、20.27 mW/m2,提高了64%。这是由于阳极表面处理后引入的羟基和羰基充当了电子转移介体,明显提高了电极反应动力学活性,增加了阳极表面细菌吸附数量,加速了阳极反应,提高了电池性能。该类高性能阳极材料可望用于海底生物燃料电池的开发。     

直接碳燃料电池燃料的研究进展

直接碳燃料电池(DCFC)具有能量转化效率高、污染低、燃料来源广等优点,是缓解能源危机和环境污染的一种有效途径,其性能与所使用的燃料密切相关。本文介绍DCFC的发展历史、研究现状及发展动态,评述了煤、焦炭、活性炭、石墨等含碳物质作为DCFC燃料的优缺点,分析讨论了碳燃料的晶体结构缺陷、表面含氧官能团对阳极电化学反应的促进作用,以及碳燃料的电解质润湿能力、孔隙结构、电导率、粒径大小对阳极电化学反应的质量传递与电荷传递的相互关系;探讨了阳极催化剂促进阳极反应并提高电池性能的机制;简要讨论了DCFC碳燃料的未来发展趋势。     

低电位泡沫石墨改性阳极及其在海底微生物燃料电池中的应用

泡沫石墨是一种新型阳极材料, 对其进行改性是提高海底微生物燃料电池性能的重要途径之一。本文研究了混酸改性泡沫石墨阳极及其电化学性能。研究表明:改性后泡沫石墨表面生成羟基、羧基等含氧官能团; 改性阳极接触角降低了24.5°, 润湿性提高, 有利于微生物附着; 交换电流密度达到6760.8 mA/m², 动力学活性提高了53.7倍。研究还发现改性后阳极电位降低了100 mV, 电池开路电位达到865 mV (未改性750 mV), 最大输出功率密度为358.1 mW/m², 提高了2.4倍。三个月放电测试显示, 改性阳极和电池具有相对稳定的性能。同时, 本文初步分析了改性后阳极动力学活性增加和电位降低的原因。该研究结果为构建高输出电压和功率的海底微生物燃料电池提供了依据。     

含硅钛阳极的制备及其电催化性能研究

为了研究硅组元对RuO2/Ti阳极电催化活性的影响,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备了不同成分配比的RuO2-SiO2/Ti阳极,通过电极的析氯电位、析氧电位测试以及循环伏安性能测试,研究了所制备涂层的电催化活性.测试结果表明,在涂层阳极中引入Si可以提高涂层阳极的电催化性能,且Si引入的最佳值为0.1,0.3(摩尔分数).Ru-Si涂层阳极电催化性能提高的原因在于Si的引入可以增加涂层的活性表面积.     

表面铁/氮掺杂介孔石墨烯气凝胶提升微生物燃料电池阳极性能的研究

以硫酸亚铁铵为铁源和氮源,利用水热反应和冷冻干燥法制备了铁/氮掺杂的介孔还原氧化石墨烯气凝胶(FNGA)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、比表面分析仪对材料结构进行表征;采用循环伏安法和交流阻抗法对其电化学性能进行研究。结果表明,与直接水热还原得到的石墨烯气凝胶相比较,铁/氮掺杂的石墨烯气凝胶不仅具有孔径在10~20μm之间的三维多孔结构,而且还具有10nm以下的介孔结构并且具有较高的比表面积,当其作为电极材料时可以为电解液中的小分子氧化还原反应提供更多反应位点,将其作为阳极材料应用于希瓦氏菌微生物燃料电池中后,显著提高了电池的放电功率密度与电流密度,电池的最大功率密度可达到10.94 W/m2。为开发低成本高效的微生物燃料电极阳极材料提供了新的思路。     

直接碳燃料电池

本文综述了直接碳燃料电池（DCFC）的历史和发展状况，和其他燃料电池榴比，它具有更加优越的性能：效率更高、能量密度大、二氧化碳利用率更高、电池稳压能力强，燃料来源广泛以及结构优势。提出了DCFC在选择廉价而活性、导电性能良好的阳极碳材料的制备、电池材料的防腐问题、灰分的祛除问题和电池结构的优化和放大等方薅还存在一定的发展空间，未来市场会有非常巨大的潜力。     

钛基Ru-La-Ti涂层阳极的电催化性能

利用热分解法制备了不同La含量的钛基Ru-La-Ti涂层阳极，并研究了所制备涂层的电催化性能。结果表明，在Ru-Ti涂层阳极中掺杂稀土元素La可以提高涂层阳极的电催化活性，且La的掺杂量存在一个最佳范围(La的摩尔分数O．2)。涂层阳极电催化活性提高的原因在于La的引入可以提高涂层的有效活性表面积。