阴离子交换膜燃料电池阳极催化剂的研究进展

阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)可使用非贵金属催化剂,且电极反应速率快。阳极催化剂的选择和制备对提高燃料氧化速率和燃料电池的电流密度及降低成本等有很大影响。本文从阴离子交换膜阳极催化剂的种类、制备方法,催化剂的载体等角度对阳极催化剂的研究现状进行分析。分析表明,在阳极催化剂中掺杂金属、金属氧化物或非金属氧化物,能充分发挥各元素的协同作用,从而提高催化剂的电催化性能;改进制备方法可以提高催化剂的比表面积,改变元素的分布。对催化剂载体进行改性以改善载体自身的孔径分布,提高比表面积和稳定性,或寻求导电性好、比表面积大、耐腐蚀的新载体材料(如SiC、Ti等),均可以提高催化剂的载量和催化剂在载体上的分散度等,从而提高阴离子交换膜燃料电池的性能。     

化学混合法制备油脂加氢催化剂表征

利用BET比表面积测定、XRD、TG.DTA等对化学混合法制备的Ni/SiO,单元催化剂进行了表征.BET比表面表明,适宜的硅溶胶浓度可以使催化剂具有较大的比表面积。但制备方法对比表面积影响不大.XRD表明,催化剂的活性组分为负载在SiO上的金属镍。金属镍分散越好,镍的晶粒越小,催化剂的活性也越高.TG.DTA表明催化剂活性组分和载体间的结合较强。     

非晶态合金Ru-B/ZrO_2催化剂催化硼氢化钠水解制氢性能的研究

采用浸渍还原法制备了负载型非晶态合金Ru-B/ZrO_2催化剂,并考察了ZrO_2织构性质、第四周期过渡金属助剂、催化剂量、反应温度和催化剂循环使用性能对Ru-B/ZrO_2催化剂催化硼氢化钠水解产氢性能的影响。结果表明:随载体ZrO_2比表面积增加,Ru-B/ZrO_2催化剂比表面积增加,活性组分Ru-B比表面积增加,催化剂活性升高。第四周期过渡金属作助剂不利于Ru-B/ZrO_2催化剂催化硼氢化钠产氢速率的提高。载体ZrO_2比表面积为90m~2/g,Ru-B/ZrO_2催化剂的比表面积最大为86m~2/g。在303K时,0.005g该催化剂催化硼氢化钠水解产氢速率为13264mL/(min·g)(Ru),活化能为35.33kJ/mol。循环使用5次后,催化剂产氢速率仍保持初次速率的88%。     

Ba1-x/2KxNiAl11O19催化剂的制备及其催化甲烷燃烧活性研究

采用异丙醇盐水解法制备Ba1-x/2KxNiAl11O19(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)催化剂。通过BET模型计算了其比表面积,用XRD和DSC-TG等技术及甲烷燃烧实验考察了催化剂的物理化学性能,研究了钾离子掺杂量对催化剂的结构以及对甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明:催化剂在1200℃焙烧后可以形成完整的六铝酸盐晶型,同时具有较好的催化性能和高温稳定性,不同量的K和Ba离子掺杂对于催化剂的比表面积及孔径有较大的影响。Ba0.25K1.5NiAl11O19催化剂具有较大的比表面积和较高的活性,1200℃焙烧后比表面积为61m2/g,催化甲烷燃烧的完全转化温度T90%为750℃。     

MK_(101)催化剂受热结构及活性变化

采用化学分析、电子能谱仪、X射线衍射仪和吸附仪等方法,对由热产生的甲醇催化剂MK101的结构和活性变化进行研究。结果表明:实验室高温加热可使催化剂晶粒度增大,比表面积下降31%,平均孔径增大21%,孔容下降22.2%;工业使用的催化剂晶粒度增大,比表面积下降38.2%~56.4%,平均孔径增大21%,孔容下降51.4%~57.9%。实验室强热实验后的催化剂与工业使用后的催化剂在结构和活性变化的趋势上相同,比表面积减小和催化活性降低。实验室耐热实验对催化剂小孔径影响小,对大孔径影响大,并生成更多的大孔;而工业使用后的催化剂,对小孔的影响大,对大孔径影响小,使大量小孔变大,小孔的比率明显减小;伴随的结果是催化剂的活性下降和丧失。     

碳纳米管负载金属氮化物催化剂的制备及其性能研究

采用等体积浸渍法结合程序升温还原技术制备出一系列负载型过渡金属氮化物催化剂。利用XRD、BET、TPR等表征手段,结合氨分解制氢反应,研究了它们的表面性质和反应性能。发现改性碳纳米管负载的氮化钴催化剂具有较大的比表面积,对氨分解制氢反应的催化活性最高。新鲜态CoNx/CNTs催化剂的比表面积可达151.85m2/g,在650℃时氨转化率为80.3%,850℃达到完全转化。     

酸处理对FeN/ZIF-8催化剂氧还原反应催化性能的影响

研发高性能、低成本的非贵金属阴极氧还原反应催化剂是目前质子交换膜燃料电池的主要研究方向之一。以1, 10-菲啰啉为氮源, FeSO₄·7H₂O为铁源, 考察以ZIF-8为载体制备的FeN/ZIF-8催化剂的氧还原反应催化性能, 并探究酸处理对FeN/ZIF-8催化剂结构及性能的影响。通过X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等物理表征手段对催化材料进行结构表征, 使用旋转圆盘电极对催化剂氧还原反应催化活性和稳定性进行测试。结果表明: 以ZIF-8为载体制备的催化剂含有Fe₃C, 以及具有较大的比表面积, 这可能是催化剂具有较高氧还原反应初始催化活性的原因。酸处理可去除催化剂中部分不稳定的含铁碳化物和无序碳结构, 使催化剂具有更大的比表面积、更丰富的介孔结构和更高的孔体积; 同时, 酸处理可提高碳基体的耐腐蚀性, 在老化测试中维持催化剂所具有的较高比表面积和丰富的介孔结构, 从而使FeN/ZIF-8-A催化剂表现出更好的氧还原反应活性和稳定性。     

Mn-Ce-Co复合氧化物催化剂的制备及其催化燃烧氯苯性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Mn含量的Mn-Ce-Co复合氧化物催化剂,通过X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)手段表征了催化剂的物理化学性能,并探讨了Mn含量、焙烧温度对催化剂催化燃烧氯苯性能的影响。结果表明:适量Mn的添加促使Co进入到CeO_2立方萤石结构中形成Mn-Ce-Co-O三元固溶体,增加了催化剂的比表面积和表面活性氧物种的量,使催化剂表面的氧化能力大幅度强化。此外,适宜的焙烧温度使得催化剂向无定形态转变,进一步提高了催化剂的比表面积和活性组分的分散度,从而提高了催化剂的活性。     

铁铈复合氧化物催化剂的制备及其性能研究

采用改进共沉淀法制备铁铈复合氧化物催化剂,通过L_(16)(4~5)正交实验确定最佳工艺条件。研究了不同煅烧温度对催化剂脱硝效率的影响,同时通过XRD、SEM、粒度和比表面积等方法对催化剂进行表征。结果表明,反应终点pH值是碳酸氢铵-氨水沉淀法制备铁铈催化剂最重要的影响因素,反应温度次之。脱硝实验表明,经400℃焙烧5h所制备的催化剂,其粒径较小,分布较宽,比表面积较大,SCR脱硝活性最高,在250℃脱硝活性为93.8%。     

热处理对FeN/C催化剂氧还原性能的影响

高活性、低沉本的阴极氧还原催化剂是目前质子交换膜燃料电池的重要研究内容之一。考察了FeN/C作为氧还原催化剂的催化性能,研究氨气气氛下的二次热处理对催化剂氧还原催化活性与稳定性的影响。使用X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜等方法对催化剂的结构进行表征,使用线性扫描伏安法对催化剂的氧还原活性进行测试。结果表明,经二次热处理后,催化剂表现出更好的氧还原催化活性及稳定性。催化剂在二次热处理后,具有更高的比表面积(931.2 m~2/g)、较高的表面氮含量(1.67%(原子分数))、以及催化剂中存在的Fe_3C,是其催化性能提高的可能原因。     

FeO_x对Mn-Ti复合氧化物催化剂催化燃烧氯苯性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了一系列不同Fe含量的MnOx-TiO2催化剂,使用氢气程序升温还原(H2-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积测定(BET)和X射线衍射(XRD)等技术对其进行了表征,考察了该类催化剂催化燃烧氯苯(CB)的活性和稳定性。催化活性测试结果表明,Fe的添加改善了MnOxTiO2催化剂的活性,同时显著提高了该催化剂的稳定性。表征结果表明,适量FeOx的添加能明显提高催化剂的比表面积,促进了各活性组分的分散,提高了催化剂表面活性氧物种和晶格氧的数量,使催化剂表面的氧化能力大幅度提高,从而提高了FeOx-MnOxTiO2催化剂的活性和稳定性。     

铁前驱体对FeN/ZIF-8催化剂氧还原活性的影响

近年来,ZIF-8因具有比表面积大、孔道结构规则等优点而被用作氧还原催化剂载体.以ZIF-8为载体,1,10-菲啰啉为氮源,分别以FeSO4·7 H2 O,FeAc,FeCl3·6 H2 O和FeC10 H10为铁前驱体制备阴极氧还原催化剂,考察不同铁前驱体对FeN/ZIF-8催化剂结构及性能的影响.使用X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜、热重分析等方法对催化剂的结构、形貌及催化剂前驱体的热性质等进行表征,使用线性扫描伏安法对催化剂的氧还原活性进行测试.结果表明:以FeSO4·7H2O为铁前驱体制备的催化剂,其起始电位约为0.93 V,氧还原反应为4电子过程,具有更好的氧还原催化活性;其在制备过程中形成的适中的比表面积及孔径大小,较好的晶型结构及较均匀的颗粒分散情况,且X射线衍射结果表明催化剂中存在少量的Fe3 C,这是其具有较好的氧还原催化活性的可能原因.     

镧系六铝酸盐催化剂的制备及其催化甲烷燃烧活性研究

用共沉淀法制备了镧系六铝酸盐LaMnxAl12-xO19(x=0、1、2、3、4、5、6)催化剂,通过X射线衍射、差热分析、扫描电镜和比表面积分析等实验技术及甲烷催化燃烧,对催化剂的结构和性质进行了考察。研究了锰离子掺杂对催化剂结构以及甲烷催化燃烧活性的影响。结果表明,催化剂在1200℃焙烧后可以形成完整的六铝酸盐晶型,且具有较高的催化性能和高温稳定性,不同含量的Mn离子掺杂对催化剂的比表面积和活性有较大的影响。LaMn2Al10O19催化剂具有较好的活性,其起燃温度(T10%/℃)为506℃,完全转化温度(T90%/℃)为696℃。     

硅胶固载酸功能化离子液体催化剂的制备和应用

将带有酸官能团的离子液体固载到具有高表面积的硅胶上,制备的硅胶固载酸功能化离子液体可作为催化剂用于多种有机反应。该新型催化剂具有高效、高选择性、离子液体用量少、产品易分离和催化剂易回收等优点,因有望用于化工过程的固定床反应器而受到关注。     

竹基多孔炭上生长一维纳米炭

采用CVD法,以二甲苯为炭源,二茂铁、氯化铁等为催化剂在竹基多孔炭上生长一维纳米炭。采用扫描电镜、透射电镜及氮吸附仪等对一维纳米炭/竹基多孔炭的形貌、微结构与比表面积进行了表征。结果表明:采用CVD法可以在不同比表面积的竹基多孔炭上生长一维纳米炭(包括炭纳米管和炭纳米纤维),竹基多孔炭的比表面积越高,所获得的一维纳米炭/竹基多孔炭复合物的比表面积越大。     

新型纳米复合催化剂的研究进展

文章总结了新型纳米复合催化剂从单质到二元、多元,从贵金属到非金属的研究进展,大量研究表明新型纳米复合催化剂具有大的比表面积可以提高催化剂的活性,复合催化剂的协同效应可以增大催化剂的催化效率,提高催化剂的析氢性能和稳定性。     

全球纳米催化剂市值将达60亿美元

全球工业分析公司（Global Industry Analysts）日前发布了纳米催化剂的全球战略化商业报告,预测到2015年全球纳米催化剂市值将达到60亿美元。该报告同时指出,纳米催化剂具有密度小、比表面积大、有效活性中心多等特点,使他们能够表现出比传统催化剂更优异的性能,将会在越来越多的工业中得到应用。全球纳米催化剂百万美元以上的市场主要有炼油、石化、制药、化工、食品加工、环保等。其中,炼油业将成为纳米催化剂最大的终端用户的代表;     

MOF(Co)/功能化石墨烯制备高效Co-N-C型氧还原催化剂研究

以六水合硝酸钴为金属源,苯并咪唑为有机配体,对苯二胺改性氧化石墨烯(PGO)为碳载体,采用一步溶剂热法合成金属有机骨架(MOF)-PGO前躯体,经过高温处理制备了多孔Co-N-PGO催化剂。采用比表面积孔隙度分析仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等物理表征手段对催化剂形貌、结构以及元素形态进行表征,同时利用线性扫描伏安法和计时电流法对催化剂在碱性电解液中的氧还原(ORR)性能进行测试。结果表明,Co-N-PGO催化剂具有较高的比表面积和电化学活性面积,良好的结晶程度以及丰富的孔洞结构。此外,Co-N-PGO催化剂表现出优异的ORR催化活性,半波电位与商业Pt/C催化剂相比仅相差10mV,同时拥有更好的稳定性及抗甲醇毒化性能。根据K-L方程,Co-N-PGO催化剂在ORR过程中主要为四电子途径,与Pt/C催化剂反应机理相似。     

堇青石蜂窝陶瓷载体酸处理对整体式La0.8Sr0.2MnO3催化剂催化甲苯燃烧性能的影响

整体式催化剂是一种常用的催化剂,蜂窝陶瓷载体是其重要组成部分。酸处理可以改进其结构上的不足。使用不同质量分数、种类的酸溶液对堇青石蜂窝陶瓷载体进行了预处理,考察了酸处理对整体式催化剂的基本性质及甲苯催化活性的影响,并采用XRD、BET等表征手段进行分析。结果表明,蜂窝陶瓷载体经质量分数为30%硝酸溶液处理后可达最佳效果,负载率提高48%以上,比表面积扩大20倍以上,由其制得的催化剂催化甲苯燃烧的起燃温度为219℃,降低了19℃,完全转化温度为281℃。表征结果说明酸洗过程未改变载体组成,而是使载体比表面积增加20倍以上,从而提高了整体催化剂的催化活性。     

V2O5-MoO3/TiO2催化剂的NH3-SCR性能：载体的影响

采用浸渍法制备了一系列V-Mo/TiO₂催化剂，主要考察了TiO₂载体的晶型结构(金红石相、锐钛矿相以及两者混合相)和平均颗粒尺寸对催化剂NH₃-SCR性能的影响，并利用SEM、XRD、Raman、BET、H₂-TPR、NH₃-TPD等方法对催化剂的理化性质及结构进行了表征。结果表明：平均颗粒尺寸较小的催化剂拥有高比表面积和孔容积，有利于活性组分VO_x的负载和沉积，从而有利于催化剂脱硝性能的提升。锐钛矿晶型载体的V-Mo/Ti-A1催化剂因拥有优异的比表面积、氧化还原能力和丰富的酸性位点而具有最佳的脱硝性能；同时混合晶型载体的V-Mo/Ti-P25催化剂在180～320℃的脱硝活性接近100%。