全pH范围下MoS2/Ni3S2/NF的高效电催化析氢行为

在全pH（0~14）范围下设计开发低廉、高活性的析氢电催化剂对新能源开发和利用具有重要实际意义。通过简单的溶剂热法在镍网（NF）上原位构筑了纳米线结构MoS2/Ni3S2/NF电催化剂，该催化剂在全PH范围下表现出优异的析氢（HER）活性。电化学测试结果表明，使用41 mg四硫代钼酸铵制得的MoS2/Ni3S2/NF-41电极,在电流密度10 mA/cm2时，其在碱性（1 moL/L KOH，pH=14）、中性（0.5 moL/L PBS，pH=7）和酸性（0.5 moL/L H2SO4，pH=0）介质中HER过电位分别为87、113和195 mV，并相应表现出较低的Tafel斜率。另外，SEM、TEM、EDX、XPS等表征手段表明该催化剂具有良好的结构稳定性。本研究为过渡金属硫化物在全pH环境下高效析氢提供了新途径。     

泡沫镍上原位制备FeOOH/MoSey及电解水双催化性能研究

为设计同时具有优异电催化析氢和析氧性能的过渡金属基催化剂，以泡沫镍为载体和集流体，原位制备了硒化钼(MoSe_y)和羟基氧化铁(FeOOH),得到FeOOH/MoSe_y@Ni复合材料。表征结果表明，先通过电沉积法原位生长了MoSe_y层，再以该MoSe_y层为成核点，通过常温浸泡生长形成了由FeOOH纳米片组成的微米绒球。在三电极体系中，以1 mol·L^-1 KOH溶液为电解液，该FeOOH/MoSe_y@Ni复合材料表现出优异的电催化析氢和析氧性能，析氢电流密度在10 mA·cm^-2时的过电位(η₁₀)为128 mV,析氧电流密度在20 mA·cm^-2时的过电位(η₂₀)为306 mV,并具有较小的Tafel斜率、较大的双电层电容(C_dl)值和良好的稳定性。FeOOH/MoSe_y@Ni优异的电催化性能主要由于三维开放的泡沫镍骨架和原...     

电沉积镍铁锰三元纳米片在析氧反应中的性能研究

电解水制氢技术作为当下最有效的制氢技术之一,低成本、高性能的电催化剂是提高电解水效率的理想选择。本文采用了一步电沉积法在泡沫镍上制备镍、铁、锰三元纳米片(NiFeMn)作为析氧反应(OER)电催化剂。当电流密度为20mA·cm^-2时,过电位达到297mV,Tafel斜率达到了143.2mV·dec^-1,经过了12小时的I-T测试后,其电流密度为86mV·cm^-2,表明该材料具有较好的稳定性和活性。NiFeMn纳米片良好的OER性能可能是由于其高的电化学活性表面积,为OER反应提供了更多的活性位点。     

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH₄溶液还原Co₃O₄纳米线获得富含氧空位（V_O）的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂,其中NaBH₄处理10 min的Co₃O₄/NF在碱性介质中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）表现出很高的活性,在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。V_O-Co₃O₄/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时,在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V,其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。     

Fe-(NiSe2/Ni3Se4)@NFF电极的制备及其电解水性能研究

利用亚硒酸钠在溶剂热条件下直接对镍铁合金泡沫(NFF)进行硒化，后热处理成功制备了具有纳米结构的Fe-(NiSe₂/Ni₃Se₄)@NFF材料。没有外加金属源，将NFF作为唯一金属来源，成功制备了铁掺杂镍硒化物自支撑电极。该材料在碱性介质中对析氢和析氧均表现出优异的催化性能。若将该材料同时作为阴极和阳极驱动全解水时，仅需1.55 V的槽电势就可以到达10 mA/cm²的电流密度。该合成方法简单、操作易行、环保节能，旨在创造一种有较强本征活性和耐久性的全解水催化剂。     

铈锆固溶体担载的镍催化剂对CO2甲烷化性能研究

采用共沉淀法制备了Ce_xZr_1-xO₂固溶体作为催化剂载体,采用柠檬酸络合法将镍负载于Ce_xZr_1-xO₂载体上得到Ni/Ce_xZr_1-xO₂催化剂,利用X射线衍射（XRD）、N₂吸附-脱附（N₂-BET）、程序升温脱附（TPD）、程序升温还原（TPR）等技术对催化剂进行表征,在常压微型固定床反应器上测试了CO₂甲烷化的性能,考察了n（Ce）/n（Zr）、镍含量对催化性能的影响。研究发现制备的催化剂具有优异的活性,在常压和空速15 000 mL·g^-1·h^-1条件下,反应温度200℃时,12% Ni/Ce_0.25Zr_0.75O₂催化剂（负载量为质量分数,下同）CO₂的转化率达74%,CH₄选择性为100%。12% Ni/Ce_0.25Zr_0.75O₂催化剂300 h的稳定性测试结果显示其具有较高的抗烧结性能。催化剂的优异活性归因于采用了新的负载方法--柠檬酸络合法负载活性组分镍,该法实现了镍的高分散和催化剂的大的比表面积。     

咪唑烷-2-亚胺为配体的镍配合物催化的降冰片烯与苯乙烯共聚

为了研究[P, N]型镍催化剂的双重强供电子效应对烯烃与极性单体共聚性能的影响，本文设计合成了两种咪唑烷-2-亚胺为配体的镍配合物Ni1和Ni2,并通过核磁对其表征，研究了该类镍配合物在二氯乙基铝(EtClAl₂)助催化剂的活化下催化降冰片烯均聚及其与苯乙烯的共聚行为。结果表明，以EtClAl₂为助催化剂时，配合物Ni1催化降冰片烯均聚活性高达1.92×10⁷ g/(mol·h)。该体系配合物同样有效催化降冰片烯与苯乙烯共聚，Ni1的聚合活性高达2.14×10⁶ g/(mol·h)。该体系催化剂对降冰片烯与苯乙烯共聚表现出良好的聚合性能，从而为高效镍金属催化剂的开发提供理论依据。     

MOF衍生的Co-CNT纳米片阵列高效催化氢气析出反应

制备便宜、活性高的催化剂以实现高效地氢气析出反应具有较高挑战性。以自支撑的Co金属有机框架为前驱体,通过一步碳化制备了泡沫镍支撑的嵌入了Co纳米粒子的碳纳米管组成的纳米片阵列(简写为Co-CNT/NF)。该Co-CNT/NF在碱性条件下展现了良好的催化氢气析出反应性能。当传递10 A·cm^-2的电流时,Co-CNT/NF仅需-134 mV的过电势,且催化活性至少可以保持12 h。较小的电阻和丰富的催化位点是导致Co-CNT/NF高催化活性的主要因素。这种简便、高效的催化剂合成方法,将为金属有机框架衍生的新型催化剂开发及在能源存储方面的应用提供新启发。     

Ni/CrN高效电催化剂的制备及其析氢催化性能

氢能是一种具有高能量密度的清洁能源,如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题,而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式,对促进氢能经济的发展具有重要的意义。通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂(Ni/CrN)。利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征,并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。结果表明,Ni/CrN形成了具有珊瑚状的微观结构,优化了电子结构,并且表现出了优异的析氢反应(HER)催化性能,在10 mA/cm²的电流密度下,Ni/CrN催化剂仅有66 mV的过电位和47 mV/dec的Tafel斜率,十分接近商业的Pt/C催化剂的析氢性能。在10 mA/cm²电流密度的循环稳定性测试中,Ni/CrN表现出比商业Pt/C电极更优越的催化稳定性。     

铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢性能研究

采用浸渍-还原法制备了铁、钴、镍、铜和锌催化剂,考察了其催化氨硼烷水解产氢性能,并优化了钴催化剂的制备条件和反应条件。结果发现,铁催化剂中铁以Fe₂B合金相存在,钴催化剂中钴以金属钴存在,镍催化剂中镍以金属镍和Ni（OH）₂·2H₂O存在,铜催化剂中铜以金属铜和氧化亚铜存在,锌催化剂中锌以Zn₄SO₄（OH）₆·4H₂O存在。铁、钴、镍、铜和锌催化剂催化氨硼烷水解产氢活性由大到小顺序为钴催化剂、镍催化剂、铜催化剂、铁催化剂、锌催化剂。显然,具有金属钴相的钴催化剂、金属镍相的镍催化剂和金属铜相的铜催化剂催化氨硼烷产氢活性高于具有Fe₂B合金相的铁催化剂。锌催化剂在制备条件下不能被还原为金属相,它几乎没有催化氨硼烷产氢活性。氯化钴与还原剂硼氢化钠的物质的量比为1∶1.3、还原温度为303 K时制备的钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢性能最佳。反应动力学计算表明钴催化剂催化BH₃NH₃水解产氢反应对氨硼烷浓度的反应级数为零级,对钴催化剂浓度的反应级数为一级,活化能为58 kJ/mol。     

电沉积合成Ni–Fe(Co)/CF电催化剂及其催化性能

采用电化学合成技术在泡沫铜(CF)上制备镍铁(Ni–Fe)和镍钴(Ni–Co)合金薄膜作为析氢电催化剂。通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪分析了催化剂的表面形貌和化学成分,并利用电化学测试技术探究了它们在1 mol/L KOH溶液中的电催化析氢活性和耐久性。结果表明,Ni–Co/CF电催化剂聚集在一起形成了致密的薄膜,而Ni–Fe/CF电催化剂显示出沟壑状表面。两种合金薄膜催化剂的析氢反应动力学均由Volmer步骤控制。Ni–Co/CF电催化剂具有较大的电化学活性面积和良好的析氢性能,而Ni–Fe/CF电催化剂的析氢耐久性较好,两者的析氢稳定性均有待提升。     

NiFeSx/NF纳米片的制备及电解水性能研究综合教学实验设计

为了开阔学生的科学视野,加深学生对于催化剂以及电催化反应的理解,本文设计了在泡沫镍(NF)上原位生长硫化镍铁(NiFeS_x/NF)纳米片的实验,研究了硫化镍铁结构与电解水性能之间的关系。结果表明,NiFeS_x/NF可以作为一种高性能的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)双功能电催化剂,具有优异的催化活性和稳定性。该实验将科研工作与学生实验教学相结合,培养了学生的科学精神、创新思维意识和创新能力,激发了学生的科研兴趣。     

镍基TiO2复合电极的制备及电催化析氢性能

在含有TiO₂颗粒的氨基磺酸体系镀镍液中通过电沉积制备了Ni/TiO₂复合镀层。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对镀层进行表征的结果显示,TiO₂颗粒成功地沉积在镍镀层中,并改变了镍镀层的表面微观形貌和相结构。通过极化曲线、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱(EIS)、计时电位曲线等电化学测试考察了不同TiO₂质量浓度下所得Ni/TiO₂复合镀层的析氢活性和稳定性。与Ni镀层相比,Ni/TiO₂复合镀层显示出更高的析氢催化活性。TiO₂表面存在的羟基有利于析氢反应中氢吸附原子的形成,提高了析氢反应速率。在10 mA/cm²的阴极电流密度下,以6 g/L TiO₂制备的复合镀层表现出较低的析氢过电位(310 mV),具有最高的析氢活性。     

金属有机骨架衍生的自支撑Co9S8/Ni3S2纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_9S_8/Ni_3S_2电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_9S_8/Ni_3S_2的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取50、100 mA/cm~2的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取-100 mA/cm~2的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。     

TiO2负载Co基纳米材料催化硼氢化钠水解制氢性能的研究

通过化学沉积法在TiO₂载体上制备三元非贵金属Co-Ni-B催化剂,其中载体TiO₂采用水热法合成。实验通过调节化学沉积法制备催化剂的反应时间对样品进行最优选择,进而探究出本实验体系的最佳制备催化剂的反应时间。结果表明：反应时间为7min所制备的Co-Ni-B/TiO₂催化剂在硼氢化钠水解制氢中表现较高活性,其放氢的速率可以达到6 298.1 mL·min^-1·g^-1。     

MIL-88A衍生的铁钴双金属硫化物的制备及其超级电容器性能研究

过渡金属硫化物因其较高的电导率和理论比容量,引起了广泛的研究和关注。本项目通过壳层包覆和溶剂热硫化相结合的策略,制备了铁基金属框架(MIL-88A)衍生的空心棒状双金属硫化物(Fe CoS)。Fe CoS独特的中空异质结构和Fe、Co双金属的协同作用,可以加速充放电过程中的扩散速率、增加了反应活性位点并提升材料的电导率,因此Fe CoS纳米材料在1 A·g^-1的电流密度下比容量可达743 F·g^-1。进一步,将其与制备的高性能Ni3S2/Co3S4(NCS)正极材料,组装了Fe CoS//NCS的非对称超级电容器器件,该器件在1 A·g^-1时比容量为204.7 F·g^-1,并且当功率密度为0.75 k W·kg^-1时能量密度高达63.97 Wh·kg^-1,具有良好的应用前景。     

不同Pt前体制备Pt/CeO2催化剂对其结构及性能的影响

Pt与载体间的相互作用会影响到本征Pt纳米粒子的催化活性,不同Pt前体制备Pt/CeO₂催化剂会使其表现出完全不同的催化性能。分别采用金属胶体粒子原位沉积法、浸渍法以及浸渍还原的方式制备了Pt/CeO₂催化剂,通过X 射线衍射、程序升温还原、X射线光电子能谱以及高分辨透射电镜对催化剂进行表征,在CO氧化以及甲苯燃烧反应中评价催化剂活性。结果表明,胶体粒子原位沉积法制备Pt/CeO₂催化剂,能够将优先合成好的Pt纳米粒子直接以金属态Pt⁰的形式负载到载体表面,且保证其高度均匀分散,丰富的表面Pt⁰很好地充当了CO、甲苯反应时的活化位点,催化剂表现出优异的性能;浸渍还原法中,Pt纳米粒子之间会发生团聚现象,同时部分Pt又以Pt²⁺的形式与CeO₂之间形成了Pt-O-Ce相互作用,载体表面暴露Pt⁰含量的下降是催化剂表现出较弱活性的主要原因;浸渍法中,以Pt离子对Pt进行负载,Pt完全以Pt²⁺的形式参与到Pt-O-Ce键成键中,表面Pt⁰缺失,催化剂表现出明显的失活现象。Pt/CeO₂催化剂中,起主要活性作用的是金属态Pt⁰,胶体粒子原位沉积法能够实现Pt⁰的直接负载,对于提高Pt基催化剂中Pt的利用率,降低Pt资源消耗都具有重要意义。     

活性炭负载镍析氢电催化剂的制备和表征

采用化学还原法制备了以椰壳活性炭(AC)为载体的Ni/AC电催化剂。运用SEM和XRD对Ni/AC电催化剂的形貌和结构进行了分析。研究了镍负载量、制备温度和还原剂N2H4与Ni2+的摩尔比对Ni/AC电催化剂析氢催化活性的影响。结果表明,负载在活性炭上的镍为面心立方晶系,其镍的负载量、制备温度和N2H4(还原剂)/Ni2+摩尔比对Ni/AC电催化剂的析氢催化活性有显著的影响。     

镍源对Ni/Al2O3结构及其1,4-丁炔二醇加氢催化性能构效关系的影响

本文通过溶液燃烧法,分别以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O、Ni(NO₃)₂·6H₂O、NiCl₂·6H₂O和NiSO₄·6H₂O为镍源制备系列Ni/Al₂O₃催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N₂吸附-脱附、程序升温还原(H₂-TPR)等表征手段,进一步揭示了镍源对合成Ni/Al₂O₃催化剂结构与其催化加氢性能间的构效关系的影响,结果表明,以Ni(CH₃COO)₂·4H₂O为镍源制备的Ni/Al₂O₃催化剂比表面积最大,达到225m²·g^-1,最大孔容0.39c...     

水合肼制氢纳米催化剂改性制备及机理研究进展

安全高效、响应迅速的在线氢源能够有效地加速质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的商业化应用,而设计和制备安全高效、成本低廉的催化剂是实现水合肼(N₂H₄·H₂O)催化制氢作为在线氢源的关键技术。总结了催化剂的合金化改性、形貌结构的调控、载体的负载和强碱性助剂的添加等因素和催化性能之间的构效关系,从活性位点的增多和本征活性的提高等方面讨论催化性能提升原因。结合理论计算总结N₂H₄在不同金属催化剂表面上的吸附性能和分解路径等机理研究,分析了N₂H₄在不同的活性位点结构上催化活性、H₂选择性和稳定性出现差异的原因。以期实现高效催化剂特定表界面结构和活性位点的几何结构和电子结构多尺度精准调控,为实现机理指导下催化剂的结构精准设计奠定基础。