异质结构碳材料的金属空气电池应用研究进展

金属空气电池在可穿戴电子产品和能源储存领域中具有巨大的应用潜力,然而稳定性差和能量效率低的问题限制其性能的进一步提高。电化学氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）对于金属空气电池的性能起着至关重要的作用。发展催化活性高、稳定性好的空气电极催化剂是未来的研究趋势。碳材料因具有导电性优异、结构多样等优势已被广泛用作金属空气电池的导电骨架支撑材料和电催化材料,成为研究的热点。对非金属原子掺杂碳材料、过渡金属及其衍生物掺杂碳材料以及单原子催化剂作为单功能或双功能催化剂的研究进行综述,着重介绍了其在金属空气电池中的应用,对空气电极催化剂存在的问题进行总结,并对未来的发展方向进行展望。     

锂/空气电池非贵金属催化剂研究进展

锂/空气电池理论能量密度高、体积小、质量轻、价格低、无污染,是极具应用前景的二次电池。本文首先简要介绍了锂/空气电池的基本结构、原理和种类,随后重点讨论了近年来用于锂/空气电池的非贵金属催化剂的研究进展。这些催化剂主要包括过渡金属氧化物、过渡金属氮化物、碳材料以及过渡金属大环化合物等。最后认为,材料化学、纳米技术等学科的发展以及催化机理的阐明对发展高性能的锂/空气电池非贵金属催化剂起至关重要的作用。     

锌空气电池氧化还原催化剂的研究进展

结合近几年国内外锌空气电池阴极催化剂的研究成果,从碳材料催化剂、金属催化剂及金属化合物催化剂等方面综述了这几类催化剂研究现状,并对锌空气电池的发展进行了展望。     

活性炭负载金属催化剂的研究进展

活性炭作为一种优良的催化剂载体被广泛应用于催化领域,其经酸碱预处理或氧化预处理后表面可负载一种或多种金属催化剂,是优化各种金属催化剂性能的有效方法之一。为给今后活性炭载体催化剂的研发提供一些参考和方向,从单一金属催化剂负载和复合金属催化剂负载的制备、催化活性及应用着手,对近年来新制备的活性炭负载金属催化剂进行综述。     

铝-空气电池阴极催化剂的研究进展

铝-空气电池是一种高容量密度的金属空气电池,其以低成本,高回收和无污染等特点而成为近年来关注的热点,也是发展绿色清洁能源的重要产业方向,但由于铝空气电池大规模开发的一些技术和科学问题尚未得到解决,从而严重制约了铝-空气电池的产业化进程。简要介绍了空气阴极的反应机理及其用于氧还原反应的电催化材料,包括贵金属催化剂,非贵金属催化剂和含碳材料等,并进一步对阴极催化剂未来研究的方向进行了分析和展望。     

镁空气电池空气极粘结剂选择

镁空气电池是金属空气电池的一种,主要是金属阳极的材料选择镁合金,镁空气电池相比于其他空气电池的优势主要集中在电解液以及反应产物上面。同时它具有比能量高,原材料来源丰富并且属于环保无污染的特点。本文主要讲述了镁空气电池阴极空气极制备过程中粘结剂的选择与影响。     

氮磷共掺杂生物质多孔碳材料的制备及其氧还原性能研究

将槟榔原料与一定量的磷酸氢二铵均匀混合，在氮气气氛下制备氮磷共掺杂生物质炭，再与KOH二次煅烧生成孔隙结构发达的杂原子掺杂多孔碳。电化学测试结果表明，杂原子掺杂碳催化剂材料的ORR(氧还原)活性良好，具有优异的稳定性和抗中毒特性。组装的锌-空气电池的测试结果显示，无金属催化剂可与商业20%Pt/C催化剂性能相媲美，表明以生物质为基础的氮磷共掺杂活性炭是一种很有商业价值的氧还原催化剂材料。     

铝空气电池关键技术研究进展

金属空气电池也称金属燃料电池,是一种将金属的化学能直接转化为电能的装置。金属铝在地壳中储量丰富且具有较高的理论体积比能量,因此铝空气电池成为近年来关注的热点,然而金属铝在碱性电解液中的析氢问题一直是阻碍铝空气电池发展的主要因素。本文综述了铝空气电池关键技术的研究进展,包括铝合金阳极、铝腐蚀抑制剂、空气电极结构、电解质、催化剂等方面。使用含Sn、Ga、In等元素的铝合金阳极,将金属铝加工成超细晶材质,在电解质溶液中添加铝腐蚀抑制剂均可在一定程度上提高铝电极效率。铝空气电池已经在诸多领域实现应用,随着研究的继续深入,铝空气电池在能源行业将拥有广阔的应用前景。     

非贵金属双功能催化剂在锌空气电池研究进展

基于氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）的锌空气电池空气阴极动力学缓慢，制约了锌空气电池的进一步发展。贵金属催化剂具有高催化活性，但成本高、稳定性差等问题限制了其进一步应用。通过开发高活性、低成本非贵金属双功能催化剂能够有效解决上述问题。本文在介绍锌空气电池的结构和性质的基础上，系统介绍了不同种类的非贵金属催化剂在锌空气电池中的研究进展，如MOF衍生的双功能催化剂、非金属双功能催化剂、过渡金属双功能催化剂等，介绍了不同种类催化剂的优缺点，并对催化剂的催化活性中心和电化学性质进行阐述。最后，进一步指出对特定催化剂金属活性位点的增加和形貌结构的调控是该领域的研究重点，并提出了锌空气电池在表征方式、性能调控和优化电池中应采取的措施。     

空气(氧气)催化氧化合成草甘膦催化剂的研究进展

用于空气(氧气)催化氧化双甘膦合成草甘膦的催化剂主要有活性炭催化剂、贵金属催化剂和过渡金属催化剂。本文分别概述了这3种催化剂的研究进展,分析比较了这些催化剂的优点和缺点:活性炭催化剂成本低廉、制备简单但是套用次数少,副产甲醛含量高;贵金属催化剂不仅收率高、产品质量好,而且催化剂可多次套用,但是成本过高,制备和再生也困难;过渡金属催化剂属均相催化,催化剂和产物易分离,但是产品收率较低。最后结合国内现状,认为开发一种催化效果更优、生产成本更低廉、使用和再生简单且环境友好的催化剂是国内草甘膦生产企业亟待解决的问题。     

可充锌空气电池非贵金属阴极催化剂研究进展

针对不同催化剂体系下可充锌空气电池的研究情况和发展问题进行了综述。可充锌空气电池的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)速度缓慢,限制了它们的大规模应用。目前对可充锌空气电池的研究主要集中在非贵金属阴极催化剂上,以杂原子掺杂碳材料、过渡金属氧化物以及过渡金属硫化物为代表。最后对非贵金属阴极催化剂研究提出了展望。     

杂原子掺杂碳基氧还原反应电催化剂研究进展

氧还原反应(ORR)是质子交换膜燃料电池和金属空气电池等清洁能源转化技术中的关键步骤,但其反应能垒高,动力学缓慢。目前,氧还原性能最佳的催化剂仍然是已经商业化的碳载铂(Pt/C)催化剂,但其价格高、资源储量低,难以大规模应用。因此,近年来许多研究者致力于探寻低成本高性能非铂ORR催化剂,以期降低催化剂成本,推进质子交换膜燃料电池和金属空气电池的商业化进程。杂原子掺杂碳材料属于一种新型的非贵金属ORR催化剂,具有优异的电化学性能且成本低廉,显示了广阔的应用前景。以杂原子的不同作用原理为线索综述最近几年杂原子掺杂碳基ORR催化剂的研究进展,着重论述杂原子对于碳材料电子结构的影响,并讨论了杂原子掺杂碳材料催化剂面临的问题以及发展趋势。     

掺杂碳材料在锂空气电池中的应用研究进展

锂空气电池具有理论能量密度高、成本低廉、环境友好等优点,受到学者们的广泛关注。本文首先介绍了锂空气电池的分类,并阐述了非水系锂空气电池的工作原理,回顾了传统碳材料和新型碳材料作为催化剂在锂空气电池中的应用,指出了纯碳材料的优势和不足,综述了杂元素（N、P、S等）的引入对碳材料催化性能的优化。重点讨论了N元素掺杂对氧还原反应的促进作用,强调了金属或金属氧化物的负载有利于氧析出反应,从而构建具有双功能的阴极催化剂。并简要介绍了具有金属-有机骨架等空间结构的新型材料在锂空气电池中的应用,就锂空气电池的发展前景进行了展望。     

杂原子掺杂碳基氧还原反应电催化剂研究进展

氧还原反应（ORR）是质子交换膜燃料电池和金属空气电池等清洁能源转化技术中的关键步骤，但其反应能垒高，动力学缓慢。目前，氧还原性能最佳的催化剂仍然是已经商业化的碳载铂（Pt/C）催化剂，但其价格高、资源储量低，难以大规模应用。因此，近年来许多研究者致力于探寻低成本高性能非铂ORR催化剂，以期降低催化剂成本，推进质子交换膜燃料电池和金属空气电池的商业化进程。杂原子掺杂碳材料属于一种新型的非贵金属ORR催化剂，具有优异的电化学性能且成本低廉，显示了广阔的应用前景。以杂原子的不同作用原理为线索综述最近几年杂原子掺杂碳基ORR催化剂的研究进展，着重论述杂原子对于碳材料电子结构的影响，并讨论了杂原子掺杂碳材料催化剂面临的问题以及发展趋势。     

锌空气电池双功能阴极催化剂研究进展

可充电锌空气电池(ZAB)被认为是具有前景的储能设备之一.阴极氧还原反应和氧析出反应(ORR和OER)动力学缓慢,限制ZAB的实际应用,开发出高活性催化ORR/OER双功能阴极电催化剂尤为重要.综述了非贵金属双功能阴极电催化剂,包括无金属碳材料催化剂、过渡金属催化剂和过渡金属-氮掺杂碳材料组合催化剂,讨论几种催化剂催化...     

伯克利和阿贡实验室发现燃料电池用高活性新类别纳米催化剂

正目前,下述两种反应的最佳电催化剂由铂纳米颗粒分散在碳上组成。铂(Pt)对于燃料电池(金属空气电池)中的阴极氧还原反应(ORR)以及碱性电解槽中的氢进化反应(HER)均是高效的电催化剂。美国伯克利和阿贡国家实验室的研究人员领导的团队于2014年2月底宣布,发现了一种新的双金属纳米催化剂,可应用于燃料电池和水-碱电解槽,其效率更高,成本更低,其活性比美国能源部设     

锂-空气电池的高性能空气电极的性能研究

锂-空气电池是比能量最高的二次电池,已成为当今化学电源领域的研究热点。在锂-空气电池的各个组件中,空气电极的设计和制备是进一步提高锂-空气电池性能的关键。以简单的合成方法制备了一种具有高催化活性的镍酸镧（LaNiO₃）催化剂,利用Super P作为催化剂载体制备了一种新型空气电极。实验结果表明,含有LaNiO₃催化剂的锂-空气电池具有良好的充放电性能,放电电压平台为2.59 V,放电容量达到1 109 mAh·g^-1。比较了2种碳材料（Super P和GNS）作为催化剂载体的空气电极对电池充放电性能的影响,发现多孔性的空气电极结构更有利于电池性能的提高。此外,还分析了控制电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）中水含量的必要性。由Super P、LaNiO₃及水含量小于1×10^-5的电解液（1 mol·L^-1 LiTFSI/TEGDME）组装成的锂-空气电池具有良好的循环性能,循环第五圈的容量保持率为96.21%,且不出现电压平台的明显变化。     

鸡蛋黄热解制备高效双功能电催化剂

廉价高效的可催化氧还原反应（ORR）和析氧反应的双功能电催化剂是实现可再生燃料电池和金属-空气电池等化学电源大规模商业化应用的关键因素。以鸡蛋黄和六水合氯化钴为前驱体,采用简单的一步热解法制备了杂原子掺杂碳材料（HDC）负载Co₂P纳米颗粒双功能电催化剂（Co₂P-HDC）。采用SEM、TEM、XRD以及XPS等表征手段对所得催化剂的微观形貌、晶体结构以及表面元素组成进行了分析表征。运用旋转圆盘电极（RDE）技术考察了Co₂P-HDC在碱性介质中催化ORR和OER的性能。结果表明,Co₂P-HDC催化剂表现出与商品Pt/C催化剂相当的ORR催化活性以及优于Pt/C催化剂的OER催化活性和耐久性,有望应用于金属-空气电池、可再生燃料电池等化学电源中,并为鸡蛋黄的高附加值利用提供新的途径。     

金属卟啉类化合物电催化剂研究进展

氧还原电催化剂材料成为近几年燃料电池和金属空气电池的研究热点。金属卟啉的开发及应用为燃料电池催化剂材料开辟了新的领域,详细描述了金属卟啉类化合物用作氧还原电催化剂的研究进展及不同取代基团、不同载体对氧还原电催化活性的影响。从理论上对卟啉的氧还原电催化机理进行了介绍,并对今后的研究目标做出了展望.     

硅胶包覆型催化剂在气相法合成碳酸二甲酯中的性能

针对甲醇气相氧化羰基化直接合成碳酸二甲酯反应,采用溶胶凝胶法制备了硅胶包覆的新型多相催化剂PdCl_2-CuCl_2-KOAc-AC@SiO_2。考察了硅胶/活性炭/金属活性组分量的比对催化剂性能的影响。结果表明,硅溶胶/活性炭/金属活性组分的量比(mL/g/g)为22.0:4.5:1.0时,碳酸二甲酯的空时收率(STY)较负载型PdCl_2-CuCl_2-KOAc/AC催化剂提高了21%。并且包覆型催化剂在空气中的存放稳定性明显优于负载型催化剂,易于保存。催化剂活性的提高是SiO_2和AC载体协同作用的结果,SiO_2提高了催化剂的存放稳定性。