燃料电池中铁基氧还原催化剂的研究进展

阴极氧还原反应是燃料电池的核心反应之一。目前催化氧还原反应的催化剂通常是贵金属铂,但其普遍存在成本高、对甲醇耐受性差、易CO中毒等缺点,因此开展非贵金属催化剂的研究显得尤为重要。铁基催化剂因催化活性好、稳定性高、甲醇耐受性好、价格低廉等备受青睐,最有希望成为铂基催化剂的替代品。本文主要综述了几类铁基氧还原催化剂的研究现状、催化机理及活性影响因素,并在此基础上阐述了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。     

氢燃料电池阴极氧还原非金属催化剂研究进展

氧还原反应是制约氢燃料电池效率的重要因素,也是一直以来的研究热点和突破难点.非金属催化剂是近年来新兴的氧还原催化剂,对其的研究对推动燃料电池商业化具有重要意义,本文综述了近年来氧还原反应中非金属催化剂的研究进展,包括氮掺杂碳材料,硼、磷或硫掺杂碳材料,二元掺杂碳材料,最后展望了相关催化剂的未来研究趋势.     

低温燃料电池用非贵金属氧还原催化剂研究进展

非贵金属氧还原催化剂是近年来低温燃料电池最受关注的研究热点之一。本文回顾了作者课题组在低温燃料电池用非贵金属氧还原催化剂方面的研究进展,总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本、催化剂制备工艺和新型非贵金属氧还原催化剂设计等方面所取得的研究结果。对非贵金属氧还原催化剂亟待解决的问题和发展趋势提出自己的看法。     

金属大环化合物基氧还原电催化剂的研究进展

作为燃料电池的关键反应,阴极电极上的氧还原反应（ORR）的反应动力学缓慢,需要大量昂贵的铂基电催化剂提高反应动力学。然而,铂的价格昂贵、稀缺和耐久性差等问题严重阻碍了燃料电池系统在实际中的广泛应用。因此,发展廉价高活性的非贵金属氧还原反应催化剂是实现燃料电池商业应用关键途径之一。大环化合物基催化剂以其独特的配位结构和高共轭化学性质发展迅速,被认为是铂基材料的潜在替代品。本文总结了近年来金属大环化合物基氧还原催化剂的发展和研究成果,着重探讨了金属大环化合物基氧还原催化剂的设计和制备,并概述了金属大环化合物基氧还原催化剂面临的挑战和未来的发展方向。     

铁基纳米粒子氧还原电催化剂的研究进展

氧还原反应是锌-空气电池等能源转换器件的阴极核心反应,但受限于阴极氧还原反应迟缓的动力学过程,制约了电池的整体效率。Pt/C、RuO₂等贵金属材料是氧还原反应中普遍使用的电催化剂,由于存在成本因素、稀缺性及耐久性不佳等问题,为此寻求成本低廉、高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂成为了当前最重要的研究目标。主要阐述了氧还原反应机理、杂原子掺杂铁基纳米粒子催化剂的研究现状,并在此基础上提出了尚待解决的问题和发展方向。     

氮掺杂非贵金属氧还原催化剂研究进展

综述了近几年来用于直接甲醇燃料电池阴极氧还原反应的含氮碳催化材料发展状况,包括催化剂制备过程中热处理条件、金属的种类及负载量、碳载体、新型合成方法等影响催化剂氧还原活性的几个因素。针对当前研究工作的局限展开了评论,指出催化机理和优化制备过程是氮掺杂碳材料负载非贵金属氧还原催化剂深入研究的重点和主要方向。     

低铂燃料电池氧还原催化剂的制备技术研究进展

低铂燃料电池催化剂铂载量低,在具有较高活性的同时能够极大地降低燃料电池的成本,因此,开发低铂燃料电池催化剂一直是燃料电池催化剂的重要研究方向。本文综述了低铂燃料电池催化剂的最新研究进展,对低铂燃料电池催化剂进行了分类,包含Pt基合金结构催化剂、Pt基核壳结构催化剂、Pt单原子层结构催化剂和Pt单原子催化剂等;详细介绍了几种低铂燃料电池催化剂的制备方法,主要包括有机溶胶法、电化学还原沉积法、气相沉积法、原子层沉积法、离子液体法、微波法,并对各自的优缺点进行了总结;重点强调了核壳结构电催化剂的制备方法,包括两步有机溶胶法、脉冲电沉积法、表面去合金化法、欠电位沉积法以及中空构型核壳结构催化剂的制备。最后指出可控制备具有高活性和高稳定性的低铂核壳结构催化剂是质子交换膜燃料电池实现商业化的重要研究方向。     

质子交换膜燃料电池阴极催化剂的研究进展

随着时代的发展,环境问题走进人们的视野,绿色可持续发展成了当下共同探讨的话题,而燃料电池(FC)凭借其低污染、低噪声等特点成为理想的动力源之一,质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池的一种,具备启动速度快、电池结构简单等特点,是环保电动汽车发电技术的主要研究方向之一。其中双极板是质子交换膜燃料电池的主要部件,其上附载的催化剂决定着电池的能量转换效率、制造成本及民用价值。催化剂可分为阴极催化剂和阳极催化剂两类,本综述主要围绕阴极催化剂的开发与催化性能的研究情况,从工作原理、优缺点、催化剂及其制备、发展前景等方面进行介绍。     

Co/Co-N-C高效氧还原催化剂的制备及其用于镁-空气燃料电池的研究

采用还原性气氛一步热解ZIF-67的方法制备钴和氮共掺杂的蓬松絮状碳纳米管Co/Co-N-C催化剂。该催化剂具有高的比表面积和良好的导电性,利用三电极体系在旋转圆盘上进行测试,结果表明,其半波电位为0.82 V,起始电位为0.93 V,表明其氧还原性能表现突出。在镁-空气燃料电池实际应用体系中进行测试,负载该催化剂的单电池最高功率密度可达60 mW/cm²,在长达20 h的恒流放电测试中,放电电压没有明显衰减,表明其具有良好的放电稳定性和应用前景。     

氧电极金属单原子催化剂的研究进展

燃料电池和金属-空气电池作为目前最具发展前景的能量转换和储存设备,对于缓解人类发展所面临的能源与环境问题大有裨益。然而,较差的氧电极反应,如燃料电池中的氧还原反应以及锌空电池中的氧还原及析氧反应,却限制着这两类装置的高效运行。近年来,人们提出了利用单原子催化剂(SACs)来提高氧电极反应的反应动力学。因此,针对两类氧电极反应,本综述根据构成活性位点的不同金属元素进行了分类总结,重点关注了各类催化剂的共性及进展。同时,还对具有双功能的催化剂及其在锌空电池的应用进行了总结。最后,针对SACs目前存在的问题和未来的发展方向提出了建议,旨在为单原子氧电极催化剂的设计及发展指明道路。     

非贵金属氧还原电极催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)中普遍使用Pt作为阴极电催化剂,但由于Pt价格昂贵、储量稀少,PEMFC中使用大量的Pt,必然导致PEMFC制造成本的上升。因此,寻找一种能够部分或者完全达到Pt催化效果的非贵金属催化剂,成为一种可行的方法。本文对近年来非贵金属氧还原电极催化剂的研究进行了总结,特别是不同催化剂的制备方法、反应机理及活性中心进行了梳理,并对非贵金属氧还原电极催化剂的发展进行了展望。     

质子交换膜燃料电池非铂电催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)目前主要催化剂为贵金属Pt基催化剂。然而,Pt价格高、储量低等问题严重阻碍了PEMFCs的商业化进程。发展低成本、高性能的氧还原催化剂是解决铂资源短缺、降低燃料电池成本、实现燃料电池商业化的关键。结合本课题组的研究工作,综述了最近几年非铂催化剂在燃料电池阴极氧还原方面的研究进展,着重探讨了新型氮掺杂碳基纳米材料的设计与制备,并概述了非铂催化剂面临的困难以及未来发展方向。     

非铂燃料电池电催化剂研究进展

商业铂碳催化剂价格高昂,开发非铂材料是推进燃料电池商业化的关键一步。本文首先介绍了燃料电池氧还原反应电催化剂的研究背景,接着分别介绍了非贵金属、非金属以及复合材料的催化剂,并对各类催化剂的活性位点和催化机理进行了简要的评述。其中,过渡金属的氮碳化物成本低廉,具有较高的催化活性以及优异的稳定性,是最有望替代贵金属Pt的一类催化剂。杂原子的掺杂能够改变碳材料的表面电荷分布,提升碳材料的催化活性。将过渡金属的氮碳化物和特殊结构的碳材料有效结合,可以设计出具有双功能的复合材料。最后,针对非铂催化剂存在的问题进行了分析并提出了今后工作的几个方向,为今后非铂电催化剂的研究提供参考。高活性高稳定性的非铂催化剂是未来该领域的重点研究方向。     

氮掺杂碳纳米材料在氧还原反应催化剂中的研究进展

长期以来,碳材料负载高分散的铂催化剂及其合金材料一直是商业化质子交换膜燃料电池（PEMFC）中氧还原反应和氢氧化反应十分有效的催化剂。但由于Pt基催化剂成本高、电化学条件下稳定性差、易CO中毒以及氧还原反应（ORR）动力学迟缓等一系列问题,阻碍了其在燃料电池中的进一步应用和大规模生产。相比之下,氮掺杂碳纳米材料具有低成本、高活性、高稳定性、环境友好等特点,这些优异的性能使其在燃料电池领域有着广阔的应用前景。结合近几年国内外研究现状,综述了原位掺杂法、后掺杂合成法和直接热解法等3种氮掺杂碳纳米材料的制备方法,并分析了各自的优点和不足之处,及其作为ORR催化剂的研究进展。最后,对未来氮掺杂碳纳米材料催化剂研究的主要发展方向进行了展望。     

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。     

Ru基氮还原电催化剂性能调控策略

氨是重要的化学品以及理想的能源载体,人工合成氨主要来源于高能耗的Haber-Bosch(H-B)工艺。相比而言,电催化合成氨以N₂和H₂O为原料,实现了温和条件下产氨。Ru基催化剂在氮还原(NRR)过程中表现出优异的催化活性,但由于较为稀缺限制了其发展。基于此,首先概述了NRR的反应机制并对现有的Ru基合成氨电催化剂进行了系统的介绍;详细分析了性能提升策略(结构调控、表/界面工程、缺陷工程),如何调控活性组分或电子结构,进而提升催化剂的性能;最后分析了Ru基催化剂所面临的挑战。旨在通过Ru基催化剂性能提升策略,实现贵金属Ru的高效利用,并为其他NRR催化剂的开发设计提供指导。     

加拿大开发铁基燃料电池催化剂

<正> 2010年1月,加拿大国家科学院研究人员开发出铁基燃料电池催化剂。与贵重金属和稀有金属(如铂)相比,应用铁基催化剂将大大减少商业燃料电池成本。与其他催化剂相比,铁基催化剂的催化活性相对较低。这是因为铁基燃料电池催化剂进行氧化还原反应的活性点相对较少。研究人员通过开发一种微孔碳负载铁以提高铁基催化剂的催化活     

铁基催化剂光催化还原CO2研究进展

利用可再生清洁能源——太阳能,将CO₂转化为一氧化碳、甲烷、甲醇等,因同时具有提供可持续燃料和解决全球变暖问题的潜力而受到越来越多的关注。铁基材料因具有金属/半导体的特性和独特的电子结构,在光催化还原CO₂领域具有广阔的应用潜力。基于此,各种具有高催化活性的铁基催化剂已经被设计来提高光催化还原CO₂的效率。概述了近年来铁基催化剂在光催化还原二氧化碳中的研究进展,对它们的结构特征和催化活性进行了阐述和比较,最后总结了铁基催化剂在光催化还原CO₂领域中待解决的问题,并展望了未来发展的方向。     

CoTETA/MWCNT氧还原电催化剂的制备及活性评价

氧还原催化剂的开发和研究一直影响着燃料电池和空气电池的发展。文章利用配位络合法制备了多壁碳纳米管负载的三乙烯四胺钴催化剂,并对催化剂进行了电化学测试,利用旋转环盘对表观电子转移数和双氧水生成率进行了研究,最后进行了单电池的测试。从结果来看,该催化剂最佳制备条件为:最佳焙烧温度为800℃,最佳Co含量为30%(wt%)。从单电池性能来看,碳纳米管载体体现出良好的扩散性能。