核壳型铂基燃料电池催化剂制备方法与微结构控制综述

目前催化剂是制约燃料电池走向市场的关键,限制了燃料电池发展及大规模商业应用,寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法十分迫切。具有核壳结构的Pt-M催化剂不仅可以降低贵金属铂的用量,而且能显著提高催化活性。本文总结了近20年来核壳型Pt-M催化剂的主要制备方法,包括晶种法、去合金法、电化学沉积法等;重点分析非贵金属-铂核壳结构(M@Pt,M=Ni、Co、Cu、Fe等)的制备途径,总结了每种方法的特点。另外,还讨论了核壳结构在纳米层次上的精细控制和设计方案,这有助于理解核壳结构对电化学催化动力学的作用规律,更好地设计开发新型催化剂。     

核壳型TiO2／HAP纳米复合光催化剂的制备与表征

采用非均相沉淀的方法，首次在纳米TiO2的表面诱导沉积一层羟基磷灰石（HAP）。通过X射线衍射（XRD）和傅立叶红外光谱（FT-IR）对制备的样品进行结构和成分分析；用原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子能谱仪（EDS）对样品包覆进行表征；采用甲基橙的光催化降解反应和大肠杆菌吸附率测定对所制光催化剂的光催化活性和吸附特性进行了评价；并与纯的纳米TiO2进行比较分析，文中还初步探讨了TiO2／HAP纳米复合材料的包覆机理．结果表明，TiO2／HAP为核壳结构，且包覆均匀，羟基磷灰石包覆层的厚度为8nm。所制备的样品具有良好的光催化活性和对细菌良好的吸附性能。这种核壳型TiO2／HAP纳米复合材料可用作环境净化和杀菌材料．     

PS@Au核壳结构纳米催化剂的制备及性能研究

采用化学镀工艺,制备了催化性能优良的PS@Au纳米催化剂,负载于表面的Au颗粒粒径约为16nm,结构致密,单分散程度较高。利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis),结合催化性能测试,研究了原料加入次序对PS@Au纳米核壳结构催化性能的影响。结果表明:PS@Au纳米核壳结构较大的比表面积是其显著提高亚甲基蓝发色团的降解率以及具有较高催化效果的根本原因,较高的纳米Au负载率和颗粒粗糙度有助于其催化性能的提高。     

质子交换膜燃料电池阴极铂合金催化剂研究进展

氧电极还原电催化剂对于质子交换膜燃料电池的发展具有重要的意义.综述了阴极铂合金催化剂的研究现状,包括催化剂的制备方法、影响催化剂性能的主要因素、合金催化剂性能提高的机理分析等.     

具有富铂外壳和铜内核的燃料电池催化剂颗粒

美国休斯敦大学正在开发一种新型催化剂，据说可借以提高燃料电池的容量。这种催化剂是一些纳米颗粒，其外壳主要由铂构成，而内核则是由铜、钻和铂组成的合金。这种催化剂在氧还原过程中显示了极高的活性。这种活性催化剂相是在电极上原位形成的，当向电极施加周期性交变电流时，合金中的铜等金属从颗粒表面分离出来。     

碳载体预处理对燃料电池Co-N/C非铂催化剂氧还原性能的影响EI北大核心CSCD

钴(Co)基氧还原催化剂以价格低、储量高、易获得等优势成为代替铂基氧还原催化剂重要选择之一。本工作先对科琴黑进行硝酸酸化预处理,与四水合乙酸钴混合后在氨气气氛下800℃热解制备出Co-N/C氧还原催化剂。由红外光谱测试、联碱中和滴定与比表面积测定可知,经硝酸酸化预处理后,科琴黑表面含氧官能团数量增多,科琴黑孔径不变,中孔比例增加。XRD和TEM测试表明科琴黑和四水合乙酸钴经氨气热处理后,生成了分散均匀无团聚的Co_(5.47)-N/C催化剂。电化学测试表明载体经预处理后,制备的Co-N/C催化剂的氧还原反应(ORR)的电催化性能更好,在碱性条件下电流密度达到了预处理前的4.2倍,在催化动力学中属于四电子转移。     

核壳催化剂用于大气污染控制的研究进展

随着工业的发展进步,大气环境污染日趋严重,末端污染治理迫在眉睫。催化剂作为催化反应的核心,其制备与构型成为大气环境催化领域重点关注和研究的课题。常规的单一催化剂存在成本高、易失活、使用条件严格等不足。核壳结构催化剂拥有单一催化剂所不具备的双功能甚至多功能催化特性,在环境催化领域具有广阔的应用前景。近年研究表明,核壳结构催化剂热稳定性较高,择形催化效果优异,在反应中的整体活性表现良好。但核壳结构的复合颗粒也存在团聚与分散不易调控、核壳分散厚度难以确定、结合强度有待提高等问题。目前已有学者将Mn系、Ce系等核壳材料应用于大气污染治理之中,并取得了良好的催化效果,但是在核壳结构的构筑以及制备方法的选择上还存在不足,在特定领域的针对性应用有待进一步提高。本文详细介绍了目前制备核壳材料所常用的水热合成法、沉淀法、模板法等主要方法,比较了各种制备方法的优缺点。同时,综述了不同类型的核壳材料(如金属基核壳材料、金属氧化物基核壳材料、分子筛、中空核壳以及摇铃核壳材料)在大气污染治理中NO选择性催化还原(NH₃-SCR)、VOCs脱除以及高低浓度CO去除等主要领域的应用研究进展。文...     

一步水热法制备核壳型纳米粉体

液相法制备核壳纳米粉体具有反应温度低、设备简单、能耗少的优点,而一步水热法在液相法中具有其它方法无法比拟的优越性。重点讨论了一步水热法制备核壳纳米粉体的工艺流程和机理。     

具有富铂外壳和铜内核的燃料电池催化剂颗粒

美国休斯敦大学正在开发一种新型催化剂，据说可借以提高燃料电池的容量。这种催化剂是一些纳米颗粒，其外壳主要由铂构成，而内核则是由铜、钻和铂组成的合金。这种催化剂在氧还原过程中显示了极高的活性。这种活性催化剂相是在电极上原位形成的，当向电极施加周期性交变电流时，合金中的铜等金属从颗粒表面分离出来。结果纳米颗粒的内核由原有的富铜合金构成，而颗粒外壳则几乎由金属铂构成。     

具有核壳结构的Ni／SiO2催化剂的制备及加氢性能研究

采用水热法制备了Ni3Si2O5（OH）4,在823K下通过氢气还原制备出了具有核壳结构Ni／SiO2催化剂,探讨以Ni／SiO2为催化剂,反应时间、温度、压力等因素对硝基苯液相加氢性能的影响,确定了硝基苯液相加氢适宜的条件,在该条件下硝基苯的转化率为97％,苯胺的选择性为99％。     

冷冻铸造技术制备仿贝壳层状结构陶瓷复合材料研究进展

贝壳珍珠层是一种天然的层状结构复合材料,类似"砖和泥"的软硬相交替的层状分级组装结构赋予其优良的力学性能。通过对贝壳的珍珠层进行仿生研究,人们已利用不同技术如冷冻铸造技术等,制备了一系列仿生高强超韧层状复合材料,并且这些材料在航空航天、军事、民用及机械工程等领域表现出广阔的应用前景。首先介绍了贝壳珍珠层的结构性能,并对其断裂机制进行了阐述;然后综合介绍了冷冻铸造技术的发展历程、作用机理、控制因素、装置设计和总体工艺流程。在此基础上,对制备仿贝壳层状结构陶瓷复合材料的表观密度、多孔陶瓷的孔隙率进行介绍,综述了多孔陶瓷的性能、陶瓷/金属层状结构复合材料以及陶瓷/聚合物层状结构复合材料的特点和应用,最后分析和总结了在研究仿贝壳层状结构陶瓷复合材料过程中出现的问题,并对该复合材料的未来发展趋势做了一定的预测。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的和绝缘电子的作用,其性能和寿命直接决定电池的性能和寿命.从膜材料的角度分类,综述了质子交换膜燃料电池用主链含氟聚合物膜、元素有机聚合物膜以及芳香族碳氢化合物膜的特性和研究现状.     

SiO2@Ag核壳结构纳米粒子的制备及其应用研究进展

SiO2@Ag核壳结构纳米粒子具有独特的物理性能、化学性能、生物学性能,在许多领域中具有重要的潜在应用价值,受到研究者广泛关注。综述了近年来国内外SiO2@Ag核壳结构纳米粒子的制备方法,即"种子"生长法、超声化学法、化学镀法、逐层组装法及其他方法,并重点介绍了"种子"生长法。总结了SiO2@Ag核壳结构纳米复合粒子在疾病诊治、高效催化、抗菌材料、红外隐身等领域应用的最新研究进展及作用机理,并对其未来发展进行了归纳与展望。     

质子交换膜燃料电池氮掺杂碳基催化剂研究进展

简要介绍了近年来氮掺杂碳基催化剂在质子交换膜燃料电池阴极氧还原方面的应用发展状况,详细总结了最近几年有关氮掺杂碳基催化剂制备及机理方面的研究结果,包括氮源前驱体种类、金属前驱体种类、金属的含量、碳源前驱体种类、热处理工艺等影响催化剂氧还原活性的主要因素,并指出了目前研究中的难点以及未来的发展方向。     

碳基纳米结构作为燃料电池催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池的主要商用催化剂是碳负载铂纳米粒子体系,其中碳的形式主要是碳黑。然而Pt属于贵金属,价格高、储量低,严重阻碍了PEMFCs的商业化进程。新型碳基纳米材料的不断涌现以及对其性能研究的不断深入,为解决上述问题带来了可能。越来越多的研究显示,基于新型碳基纳米材料的担载体系,不但能够提高Pt的利用率,降低所需的Pt担载量,还能提升催化剂的稳定性和催化活性等,从而高效地提升担载型催化剂的性价比。概述了近年来碳基纳米材料作质子交换膜燃料电池催化剂载体的研究进展,并讨论了未来的发展方向以促进质子交换膜燃料电池的大规模商用。     

直接甲醇燃料电池中碳基非贵金属阴极催化剂的研究进展

目前直接甲醇燃料电池中阴极催化剂一般是贵金属铂,它的主要问题是成本高、对甲醇无耐受性及易中毒等。碳材料由于成本低、能大量制备和易于修饰等优点而被广泛应用于各个领域,如电催化、锂离子电池、超级电容器等。综述了近年来碳基纳米材料作为阴极催化剂的研究进展,包括碳纳米管、石墨烯、介孔碳等多种碳材料。主要通过对这些碳材料进行元素掺杂和以它为载体与非贵金属材料复合来提高和改善催化剂的性能。最后对未来发展提出了展望。     

Recent Advances in Electrode Design Based on One-Dimensional Nanostructure Arrays for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Applications

One-dimensional(1D)Pt-based electrocatalysts demonstrate outstanding catalytic activities and stability toward the oxygen reduction reaction(ORR).Advances in th...     

Iron‐Free Cathode Catalysts for Proton‐Exchange‐Membrane Fuel Cells: Cobalt Catalysts and the Peroxide Mitigation Approach

High‐performance and inexpensive platinum‐group‐metal (PGM)‐free catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) in challenging acidic media are crucial for proton‐exchange‐membrane fuel cells (PEMFCs). Catalysts based on Fe and N codoped carbon (Fe–N–C) have demonstrated promising activity and stability. However, a serious concern is the Fenton reactions between Fe²⁺ and H₂O₂ generating active free radicals, which likely cause degradation of the catalysts, organic ionomers within electrodes, and polymer membranes used in PEMFCs. Alternatively, Co–N–C catalysts with mitigated Fenton reactions have been explored as a promising replacement for Fe and PGM catalysts. Therefore, herein, the focus is on Co–N–C catalysts for the ORR relevant to PEMFC applications. Catalyst synthesis, structure/morphology, activity and stability improvement, and reaction mechanisms are discussed in detail. Combining experimental and theoretical understanding, the aim is to elucidate the structure–property correlations and provide guidance for rational design of advanced Co catalysts with a special emphasis on atomically dispersed single‐metal‐site catalysts. In the meantime, to reduce H₂O₂ generation during the ORR on the Co catalysts, potential strategies are outlined to minimize the detrimental effect on fuel cell durability.