铁/氮共掺杂石墨烯的制备及氧还原催化活性

为提高直接甲醇燃料电池(DMFC)的氧还原反应动力学,减少商用Pt/C催化剂的使用,本工作提出将铁/氮共掺杂石墨烯(Fe/NG)作为DMFC的氧还原催化剂,并研究了Fe/NG的制备方法和催化活性。首先,通过水热法处理吸附有铁离子的聚苯胺/氧化石墨烯,并分别在700℃、800℃和900℃对其进行热处理,得到Fe/NG-700、Fe/NG-800和Fe/NG-900三种催化剂。然后,采用X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对三种Fe/NG催化剂进行表征,确定了铁元素以铁单质和四氧化三铁两种形式存在,氮元素以吡啶氮和石墨氮为主。最后,在氧饱和的0. 1 mol/L KOH碱性体系中,采用循环伏安法(CV)、旋转圆盘电极(RDE)、旋转环盘电极(RRDE)研究了三种Fe/NG催化剂的ORR催化机理,证明Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900催化四电子过程中,双氧水产率保持接近0。Fe/NG-700、Fe/NG-800、Fe/NG-900具有与20%Pt/C相当的催化活性和循环稳定性,更优异的抗甲醇毒化能力,是一种潜在的直接甲醇燃料电池催化剂。     

石墨烯负载Pt-Co纳米粒子及其在氧化还原反应中的应用

采用微波-乙二醇方法还原氧化石墨烯和Pt(v)、Co(Ⅱ)粒子混合物,再经300℃H2还原,制备了石墨烯负载Pt-Co合金催化剂(Pt-Co/G).利用透射电镜、X-射线能谱、X-射线衍射和光电子能谱对所制催化剂进行表征.Pt-Co合金的粒径为3nm～8 nm,均匀地分散在石墨烯片上.与单金属的Pt/G和商品化的Pt/C催化剂相比,所制合金化的Pt-Co/G催化剂对氧还原反应展现出高的催化活性和可比拟的稳定性,显示了其在燃料电池中的应用潜力.     

S/N共掺杂石墨烯的制备及其电催化性能

采用一步水热法制备了S/N共掺杂石墨烯催化剂材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱、红外光谱以及X射线衍射仪(XRD)对催化剂物理形貌、组成、物相等进行了分析,并利用电化学分析方法对催化剂的电催化性能进行了研究。通过不同的物理表征证明S和N成功地掺杂入石墨烯晶格,共掺杂石墨烯具有典型的石墨烯形貌。掺杂石墨烯的高电催化活性是源于对石墨烯进行S和N的掺杂后仍然具有高比表面积及石墨烯本身所特有的一些性质。该掺杂石墨烯在0.1 mol/L的KOH溶液中对氧进行催化还原时,无论是起始电位、半波电位、还是极限电流密度,都可与商业生产的贵金属催化剂相媲美,说明S/N共掺杂石墨烯在氧还原催化活性上可被用来替代当前所使用的贵金属催化剂。     

Pt-TiO_2-还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备及氧还原性能

制备一种具有高氧还原电催化活性的Pt-Ti O2-还原氧化石墨烯复合材料;采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜和拉曼光谱分析手段对催化剂的组成和微观结构进行表征。结果表明:氧化石墨烯在复合材料的合成过程中被还原为还原氧化石墨烯,纳米Pt与Ti O2颗粒均匀地附着在还原氧化石墨烯的片层上形成Pt-Ti O2-还原氧化石墨烯复合材料;该复合材料氧还原起始电位为-0.20 V左右,通过Koutecky-Levich方程计算得到电催化过程中复合材料的交换电流密度为10-6~10-5m A/cm2,16 000 s的计时电流测试后其相对电流值高达起始值的88%以上。     

石墨烯/金属氮杂环纳米复合材料在燃料电池分子氧催化还原反应中的应用研究

石墨烯具有良好的电子传导性、巨大的表面积、稳定的化学和机械稳定性等,在分子氧催化还原(ORR)反应中可以有效地改进催化剂的催化活性,是过渡金属大环催化剂新的基底材料。对石墨烯支持的非贵金属氮杂环复合材料在ORR催化反应中的应用以及影响催化O_2活性的因素进行了讨论。重点讨论了卟啉和酞菁中心金属核,Co和Fe,以及卟啉和酞菁作为N的前驱体对ORR电催化活性的影响,并展望了非贵金属氧还原催化剂在燃料电池中的研究发展方向。     

氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂（英文）

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。     

CoP/RGO复合材料的制备及结构性能研究

通过原位还原将金属钴(Co)粒子负载于氧化石墨烯(GO)合成钴/还原氧化石墨烯(RGO)(Co/RGO),在氩气保护条件下与次磷酸钠(NaH_2PO_2)混合加热反应制得磷化钴(CoP)/RGO(CoP/RGO)复合材料,并对样品进行了表征,在0. 5mol/L的硫酸溶液中采用线性扫描法测试了材料的电催化析氢性能。结果表明:负载于石墨烯上的CoP纳米颗粒形貌单一,晶格间距0. 24nm,Co和P的比例约1∶1,复合材料做成的电极其催化析氢过电位显著减小为116mV,经过500次循环后性能略有衰减,析氢过电位为130mV,性能衰减率为12%。与单一材料相比具有较高的催化活性,有效提高了电催化析氢性能。     

三维石墨烯基B-N-Fe/Co-G材料的制备及其氧还原催化性能研究

采用脲、硼酸、硝酸铁、硝酸钴分别作为N、B、Fe、Co源,与GO(氧化石墨烯)通过快速冷冻干燥与热解法,制得了三维石墨烯基B-N-Fe/Co-G催化材料,并对其结构和性能进行了测试和表征,研究其氧还原的活性物质与活性点。透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)结果显示,所制得掺杂石墨烯表面褶皱呈三维孔洞结构,掺杂原子N、B、Fe、Co均匀掺杂于石墨烯中。通过循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)等手段对三维石墨烯基B-N-Fe/Co-G催化材料进行电化学性能测试,结果表明:B-N-Fe/Co-G在0.1 mol/L的 KOH碱性电解质中有较高的氧还原(ORR)催化活性,起始电位在1.0 V左右,为4电子转移,相比质量分数20%的商用Pt/C催化剂有更好的电化学稳定性。     

Ag/PEI-GNs复合材料的制备及对水合肼的电催化氧化

以聚乙烯亚胺(PEI)功能化的石墨烯(PEI-GNs)为载体,利用电化学还原法制备了Ag/PEI-GNs复合材料。运用X射线光电子能谱、X射线粉末衍射、扫描电镜等对复合材料的组成、结构、形态进行表征,结果表明,实验成功制备了Ag/PEI-GNs复合材料,且PEI-GNs改善了Ag粒子的分散性。运用电化学方法考察了PEI-GNs对Ag纳米粒子电催化性能的影响,结果表明,相对于Ag催化剂,Ag/PEI-GNs催化剂表现出更高的催化活性和稳定性,前者归因于Ag颗粒分散度高,后者是由于PEI-GNs与Ag颗粒之间的相互作用,减缓了Ag的迁移。     

氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜制备及其氧还原催化性能研究

以氧化石墨烯分散液为前驱体、尿素为主要氮源,经水热还原和真空抽滤后制得不同氧还原催化活性的氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜。采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、激光拉曼光谱仪、循环伏安等手段对材料的形貌、结构和氧还原电催化性能进行表征。结果显示:制得的氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜的含氮量在2.37~4.22%之间,其中氮元素主要以吡啶型和吡咯型形式存在。当氮含量为4.22%时,氮掺杂石墨烯水凝胶薄膜具有最小的氧还原起始电位,约为0.15 V,以及最大的极限电流密度,达2.75 m A/cm~2,显示出较好的氧还原催化性能。     

掺氮石墨烯的制备及其修饰电极的电催化活性

以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),然后以GO为碳源、水合肼为还原剂、氨水为氮源,用水热法制备了具有不同电催化活性的掺氮石墨烯(NG)。扫描电子显微镜、X-射线衍射、热重分析和比表面分析的表征结果显示,制得的NG晶格结构没有发生明显变化,表面褶皱和重叠增加,掺氮能提高石墨烯(Gr)的热稳定性、增大其比表面积。通过循环伏安法测试了NG修饰玻碳电极(NG/GCE)对对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和间苯二酚(RC)的电催化活性。结果表明:掺氮能有效改善Gr的电化学性能,HQ、CC和RC在2.0mL氨水下所制NG/GCE上的电流强度分别是Gr修饰电极强度的6.5、5.1和2.5倍,且能实现对HQ、CC和RC三者的同时检测。     

Pd-X/SnO_2复合催化剂催化乙醇电氧化性能研究

采用溶剂热法制备了SnO_2纳米棒,以其为载体,采用溶剂热还原法制备Pd-X/SnO_2复合催化剂,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDS)对复合催化剂进行表征,采用循环伏安法考察了Pd/SnO_2掺杂非贵金属Co、Zn、Fe和Sb复合催化剂对乙醇氧化电催化性能的影响。结果表明:SnO_2纳米棒呈针尖状,大小均匀,长度为600nm,平均直径约为100nm,Pd粒子高度分散在SnO_2纳米棒表面;在1mol/L KOH+1mol/L C_2H_5OH溶液中,制得的Pd-X(Co、Zn、Fe、Sb)复合催化剂对乙醇氧化均具有较好的催化活性,其中Pd-Zn/SnO_2催化剂表现了最佳的催化性能;当E=-0.2V时,Pd-Zn/SnO_2催化乙醇氧化的峰电流密度可达为30.7mA/cm~2。     

水热法合成铁/碳微球复合材料及氧还原性能

以葡萄糖为碳源、硝酸铁为铁源,六次甲基四胺为氮源或沉淀剂,水热法合成铁/碳微球氧还原催化剂前驱体,再在氨气气氛中热处理制备出氧还原催化剂。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、旋转圆盘电极(RDE)对催化剂进行表征,并探讨了热处理温度对催化剂性能的影响。结果表明:不同温度热处理形成不同的铁氮化合物结构,催化剂中存在4种型态氮的化合物。热处理温度为800℃制得的催化剂氧还原起始电位为0.55V(vs Ag/AgCl),氧还原反应途径为四电子路径。     

直接热分解法制备单相Pd-Fe合金催化剂及电催化氧还原活性

以醋酸钯和醋酸亚铁为前驱体, 采用直接热分解法制备了碳载Pd₃-Fe₁(Pd₃-Fe₁/C)催化剂。用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行了表征, 用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了催化剂对氧的电催化还原性能。结果表明, 制备的Pd₃-Fe₁/C复合催化剂具有单相均一的合金结构, Fe进入Pd晶格改变了Pd电子结构和结构常数。电化学数据表明, Pd₃-Fe₁/C对氧还原比Pd/C催化剂有更高的电催化性能。     

纳米多孔PtNiMo合金的制备及其对甲醇电催化氧化性能的研究

利用脱合金的方法制备了纳米多孔铂镍钼(NP-PtNiMo)合金纳米催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)和电化学测试的方法对NP-PtNiMo合金纳米催化剂的表面形貌、成分、物相和电催化性能进行了表征。运用循环伏安法(CV)和恒电位极化评价了NP-PtNiMo合金纳米催化剂在室温下对甲醇的电催化氧化性能。结果表明,NP-PtNiMo合金纳米催化剂比商业Pt/C催化剂具有更好的电催化氧化甲醇的性能,更好的电催化稳定性以及更好的抗CO中毒的能力。     

Pt-Sn/Poly(triazine imide)-碳纳米管复合材料的电催化性能

以不同质量比poly(triazine imide)(PTI)-碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)复合物为载体,通过乙二醇还原Pt/Sn前驱体制备了Pt-Sn/PTI-CNTs催化剂。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对制备的催化剂结构、形貌和成分进行表征。结果表明,Pt-Sn纳米粒子在载体上高度分散,粒径分布在2.6～3.7 nm之间,其主要以金属Pt和SnO_x的形式存在。循环伏安(CV)测试表明,PTI的引入对Pt-Sn/PTI-CNTs复合物的催化活性具有明显提升作用,但是加入的量过多会导致电催化性能下降。当加入20%(质量分数)的PTI时,催化剂具有最大的电化学活性面积(ECSA)46.20 m~2/g,乙醇电催化性能最佳。     

FeP(Fe_2P)纳米颗粒/氮掺杂碳纳米复合结构的控制合成与电催化性能研究

采用溶液聚合法一步合成铁离子改性、植酸掺杂的聚苯胺,在800~900℃氩氢还原气氛下,将电催化析氢性能良好的磷化铁与磷化亚铁颗粒,负载在高温裂解聚苯胺高分子生成的网络多孔碳骨架上。制备了FeP(Fe_2P)纳米颗粒/多孔氮掺杂碳(NC)复合催化剂薄膜,通过扫描电子显微镜和X射线衍射分析表征了催化剂的微观结构。样品的催化性能采用线性扫描伏安法测试。结果表明,850℃条件下,得到的催化剂同时具有最好的电解水析氢及氧还原催化活性。     

简便的碳浴法制备N,S共掺杂类石墨烯炭提高氧还原反应性能（英文）

合理设计和优化氧还原反应(ORR)非金属电催化剂对于燃料电池和金属空气电池非常重要。然而,这现在仍然是一个巨大的挑战。本工作通过简单的碳浴法成功制备了N,S共掺杂的类石墨烯炭材料(GLC),并将其用于电催化氧还原反应。经高温热解和模板分解后,得到的GLC-11具有较高的比表面积(583.68 cm2/g)和孔体积(0.63 cm3/g)。其中,微孔表面积占总表面积的29.39%,微孔体积占总孔体积的12.70%。同时,通过XPS结果计算得到,GLC-11的吡啶氮和石墨氮含量总和高达92.2%。因此,GLC-11在碱性电解液中显示出了高电催化ORR性能,其中波电位(E1/2)为0.82 VRHE,优于Pt/C(E1/2=0.80 VRHE)。此外,GLC-11催化剂与商业Pt/C(20 wt%)催化剂相比表现出更好的稳定性和优异的甲醇耐受性。     

PtMo合金催化剂氧还原反应催化性能研究

采用乙二醇还原法和后续的热处理工艺制备了Pt-Mo合金催化剂。使用透射电子显微镜、X射线衍射、电感耦合等离子体发射光谱、X射线光电子能谱等方法对样品进行了形貌、结构和组分的表征。通过电化学测试方法，探究了不同催化剂的电催化活性和稳定性。结果表明：合适的热处理温度不仅提高了Pt-Mo纳米颗粒的合金化程度，而且改变了催化剂颗粒表面的电子结构和成分。所以，经过400℃热处理的PtMo/C-400催化剂表现出较好的氧还原性能，其电催化活性和稳定性均与商业J01-Pt/C催化剂相当。     

氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料真空热还原制备及其在近红外胰腺癌热疗中的应用

利用真空热还原法制备得到氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料(SnO2/GR),该过程中,石墨烯氧化物原料既是氧化锡粒子的有效载体来源,也是新型的活泼氧给体,可同步将零价锡氧化为正四价锡,石墨烯氧化物原料则被还原为石墨烯。利用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱等分别对氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料的形貌和尺寸、结构进行了表征。利用该新型材料在近红外(NIR)激光照射下的强光热转化性能,使相比健康细胞更易受到温度影响的胰腺肿瘤细胞内部产生过高热(Hyperthermia),从而诱导胰腺肿瘤细胞热损伤及细胞凋亡。实验结果表明,在1064nm近红外激光照射下,对照组胰腺肿瘤细胞仍保持较高活性,而实验组的胰腺肿瘤细胞活力则大幅降至5.03%,充分显示了氧化锡粒子/石墨烯纳米复合材料在胰腺肿瘤热疗领域的潜力。