碳化钼/碳纳米片复合材料的制备及析氢性能研究

为了解决Pt基催化剂成本较高的问题,使用电弧放电和高温碳化两步法制备了一种碳纳米片负载碳化钼纳米颗粒的非贵金属催化剂。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对催化剂的晶体结构、形貌、碳化钼颗粒尺寸进行了表征分析。结果表明,700℃碳化得到的碳化钼/碳纳米片复合催化剂(Mo_2C/CNS)在酸性电解质溶液中表现出优异的析氢性能。在-10 mA/cm²的电流密度下过电位为-221 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为68.1 mV/dec,并且1 000圈CV扫描后过电位没有明显下降,显示出优异的稳定性。     

电沉积法制备高活性析氢电极

高活性阴极材料在电化学工业中具有重大的应用价值。介绍了电沉积积法制备高活性析氢电极的发展,现状及应用前景。     

碳化钼的制备及其电化学性能的研究

在电解水的过程中,使用金属铂作为电化学析氢的材料具有价格昂贵、稳定性差等缺点,造成电解水析氢的成本高,不能大规模生产.所以科研人员开始探索高效率且价格低廉的催化剂来提高电解水的析氢效率.碳化钼由于与金属铂具有相似的d能带电子密度状态,且碳化钼具有导电导热性能良好、稳定性高以及简单的合成方法等特点,由此被认为是最佳的可替...     

碳化钼催化剂的制备及噻吩加氢脱硫性能

以MoO₃为前躯体,CH₄/H₂为还原碳化气,采用自制的程序升温还原碳化反应装置制备出Mo₂C催化剂,并用XRD、BET进行表征.借助原位TG-DTA方法研究了MoO₃在CH₄/H₂气氛中的还原碳化历程和适宜的还原碳化温度.以噻吩/环己烷溶液为模型反应物,采用高压微反-色谱实验装置考察了制备的碳化钼催化剂的噻吩加氢脱硫反应性能.结果表明：程序升温条件下的局部规整反应可提高催化剂的比表面积,且制备的碳化钼催化剂具有较高的噻吩加氢脱硫反应活性,在体积分数为5%的噻吩/环己烷溶液中,反应压力为3.0 MPa,空速为6 h^-1,H₂/原料液体积比500∶1的反应条件下, 370℃时的噻吩转化率达到98%以上,明显高于相应的硫化钼催化剂.还原碳化终温的提高,导致碳化钼催化剂比表面积的减少和表面积炭的增多,进而使其加氢脱硫反应活性降低.MoO₃在CH₄/H₂气氛中的还原碳化历程应为MoO₃→MoO₂→MoO_xC_y→Mo₂C,实验确定的适宜还原碳化温度为675℃.     

活性炭负载镍析氢电催化剂的制备和表征

采用化学还原法制备了以椰壳活性炭(AC)为载体的Ni/AC电催化剂。运用SEM和XRD对Ni/AC电催化剂的形貌和结构进行了分析。研究了镍负载量、制备温度和还原剂N2H4与Ni2+的摩尔比对Ni/AC电催化剂析氢催化活性的影响。结果表明,负载在活性炭上的镍为面心立方晶系,其镍的负载量、制备温度和N2H4(还原剂)/Ni2+摩尔比对Ni/AC电催化剂的析氢催化活性有显著的影响。     

Ni/CrN高效电催化剂的制备及其析氢催化性能

氢能是一种具有高能量密度的清洁能源,如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题,而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式,对促进氢能经济的发展具有重要的意义。通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂(Ni/CrN)。利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征,并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。结果表明,Ni/CrN形成了具有珊瑚状的微观结构,优化了电子结构,并且表现出了优异的析氢反应(HER)催化性能,在10 mA/cm²的电流密度下,Ni/CrN催化剂仅有66 mV的过电位和47 mV/dec的Tafel斜率,十分接近商业的Pt/C催化剂的析氢性能。在10 mA/cm²电流密度的循环稳定性测试中,Ni/CrN表现出比商业Pt/C电极更优越的催化稳定性。     

碳化钼催化剂的喹啉加氢脱氮反应性能

用程序升温还原法在CH4/H2气氛中将MoO₃碳化制备了Mo₂C催化剂, 并对Mo₂C催化剂进行了XRD和BET表征。以喹啉/环己烷溶液为模型化合物, 通过高压微反评价实验考察了Mo2C催化剂的喹啉加氢脱氮活性。结果表明, MoO₃在CH₄/H₂气氛中程序升温至终点温度675 ℃,并在此终点温度下还原碳化150 min,可制得高纯度的β-Mo2C。当还原碳化温度高于675 ℃,随着还原碳化温度的升高,Mo₂C催化剂的比表面积降低, 表面积炭增多, 导致喹啉加氢脱氮活性下降。而当还原碳化时间少于150 min时,MoO₃未能充分转化为Mo2C,导致喹啉加氢脱氮活性较低。因此,较适宜的Mo2C催化剂的合成条件为：还原碳化温度675 ℃,还原碳化时间150 min。在反应压力3.0 MPa、 空速8 h-1、H₂与原料液体积比500∶1以及 氮含量为1 000 ng·μL^-1的喹啉/环己烷溶液中, Mo2C催化剂的喹啉加氢脱氮活性明显高于MoS₂和MoO₃催化剂。Mo₂C催化剂在反应温度360 ℃的喹啉加氢脱氮转化率达到58.69%,表现出较高的喹啉加氢脱氮活性。     

电催化析氢催化剂研究进展

氢能热值高和环境友好性强等特点使其成为未来能源界最具发展潜力的能源之一。电催化析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）作为一种绿色、可持续的产氢方法成为近年来广泛研究的主题。发展高性能、低成本、高活性的析氢催化剂是目前该领域面临的主要挑战。本文总结了近年来高性能催化剂用于HER反应的进展,重点介绍HER反应的基本原理,评估HER催化剂催化性能的典型方法,过渡金属以及化合物、非金属催化剂以及单原子催化剂等电催化析氢催化剂的最新研究进展,系统讨论了催化活性与催化剂形态、结构、组成和合成方法之间的联系,并对催化剂的合成策略、活性位点的固有活性、如何提高活性中心的内在活性和活性位点的数量进行了展望。     

Fabrication of molybdenum carbide catalysts over multi-walled carbon nanotubes by carbothermal hydrogen reduction

Molybdenum carbide catalysts were successfully prepared using original multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and nitric acid treated ones as support and carbon source by carbothermal hydrogen reduction from 580 °C to 700 °C. Ammonium heptamolybdate was used as Mo precursor and the effects of oxygen functional groups on MWCNT surface were investigated. TEM and XRD results show that oxygen functional groups act as anchor sites to interact with the Mo oxyanion species during impregnation, which promote the dispersion of Mo precursors. Due to the relatively strong interaction between Mo precursors and MWCNTs, the agglomeration of Mo carbide particles is prevented even when the treatment temperature is as high as 700 °C. Moreover, as the support, modified MWCNTs exhibit better thermal resistances. The temperature (580 °C) for Mo₂C formation over MWCNTs is much lower than that over conventional carbon supports using carbothermal hydrogen reduction. The methylcyclohexane dehydrogenation was used as a probe reaction to test the catalytic performances of the Mo₂C catalysts obtained.     

Tungsten carbide as electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction in pH neutral electrolyte solutions

In this communication we demonstrate that tungsten carbide, WC, is a promising electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction in pH neutral electrolytes. In a systematic investigation of mixed catalysts containing different fractions of WC, W₂C, W and WO₂ we show that the performance of the catalyst is proportional to its WC content, whereas W₂C, W and WO₂ play only a minor role. The relationship between WC content and electrocatalytic activity indicates that hydrogen evolution and oxidation are related to similar surface sites preferentially formed on WC. In contrast to anodic conditions, the cathodic polarization diminishes corrosion processes and thus increases the long term stability.     

制备条件对碳化钼催化剂及正己烷异构化的影响

采用程序升温还原法制备B-Mo_2C/SAPO-11催化剂,研究制备条件对β-Mo_2C/SAPO-11催化剂上正己烷异构化的影响。XRD分析及实验结果表明,升温速率过快导致碳化程度较低,钼相多为单质钼,升温速率小于2℃·min~(-1),催化剂制备效果较好;碳化终温对碳化程度影响较大,终温过低使碳化后的样品含有较多的MoO_2。对正庚烷和正己烷作为碳源的碳化效果进行比较,结果表明,正己烷作为碳源较合适。催化剂中碳化钼负载质量分数为15%,催化剂上金属组分的加氢和脱氢活性与SAPO-11载体的异构化活性达到最佳平衡。     

环己烷在碳化钼催化剂上的脱氢研究

以环己烷为碳源,采用程序升温还原法制备碳化钼催化剂,对前驱物和中间物及催化剂的晶相结构进行XRD表征,在固定床反应装置上进行环己烷的脱氢反应实验。固定反应压力为0.1 MPa,考察反应温度、空速、氢烃体积比和压力对碳化钼脱氢活性的影响。结果表明,催化剂活性相为高活性的β-Mo₂C,在反应温度450 ℃、空速2 h^-1、压力0.1 MPa和氢烃体积比200∶1条件下,环己烷转化率达88%,脱氢反应的选择性为79%。     

载Pt石墨烯中空微球催化剂的制备及其电催化性能

目前,直接甲醇燃料电池（DMFC）已成为世界各国探寻新型绿色动力源的首选。铂基催化剂虽然被公认为催化甲醇氧化最有效的催化剂,但离其商业化应用仍然存在较大差距。提高铂的利用率和电催化性能被公认为是解决DMFC商业化的关键问题。基于以上考虑,本文采用一种不需要使用表面活性剂的模板辅助法成功合成出了石墨烯中空球,并利用电沉积法负载Pt纳米颗粒。该载Pt石墨烯中空微球具有非常高的比表面积（226.4m2/g）和相互连通的结构。电化学测试结果表明,该载Pt石墨烯中空球的电化学活性表面积高达43.27m2/(g,Pt),峰值电流密度几乎是商业铂碳的两倍,且稳定性明显高于商业化铂碳。该载Pt石墨烯中空球对甲醇氧化展现出了极好的应用前景。     

碳纳米管、碳化钨在直接法合成过氧化氢中的应用

选用新型纳米材料——碳纳米管（CNTs）作为催化剂载体,用沉积沉淀法制备负载型钯-铂合金催化剂。同时选用过渡金属碳化物材料（碳化钨）为催化剂,其具有类似于Pt的表面电子结构,有望替代贵金属催化剂。探讨了Pd-Pt/CNTs及碳化钨在氢氧直接合成过氧化氢反应中的催化性能。     

Combining molybdenum carbide with ceria overlayers to boost Mo/CeO2 catalyzed ammonia synthesis

The design of an efficient non-noble metal catalyst is of burgeoning interest for ammonia synthesis. Herein, we report a Mo₂C/CeO₂ catalyst that is superior in ammonia synthesis activity. In this catalyst, molybdenum carbide coexisted with the ceria overlayers which is from the ceria support as the strong metal–support interaction. There is a high proportion of low-valent Mo species, as well as high concentration of Ce³⁺ and surface oxygen species. The presence of Mo₂C and CeO₂ overlayers not only leads to enhancement of hydrogen and nitrogen adsorption, but also facilitates the desorption and exchange of adsorbed species with the gaseous reagents. Compared with the Mo/CeO₂ catalyst prepared without carbonization, the Mo₂C/CeO₂ catalyst is more than sevenfold higher in ammonia synthesis rate. This work not only presents an explicit example of designing Mo-based catalyst that is highly efficient for ammonia synthesis by tuning the adsorption and desorption properties of the reactant gases, but opens a perspective for other elements in ammonia synthesis.     

氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭复合材料制备及其电化学性能

碳基复合材料被认为是超级电容器广泛应用最有前景的电极材料之一。本文使用氧化石墨烯（GO）、硝酸钴［Co(NO₃)₂］、三聚氰胺为原料,利用钴对高温下热解碳源的催化作用,制备得到了氮掺杂石墨烯/碳纳米管/无定形炭（NC）复合材料,并测试了其电化学性能。探究了金属和三聚氰胺添加量对碳基复合材料结构和性能的影响,研究发现,在添加量分别为0.02mmol和0.3g时,制得的样品具有大比表面积（380.5m²/g）和高掺氮质量分数（6.29%）,并在三电极系统中体现出优异的电化学性能,电流密度为0.5A/g时样品的比电容为137.1F/g,5A/g时比电容为113.5F/g,保持率为88.5%,具有优异的倍率性能,在循环5000圈后样品的容量保持率为104%,具有良好的循环稳定性,这归因于三维结构可以加快充放电过程中的离子转移和氮掺杂可提高材料润湿性和贡献部分赝电容,为超级电容器电极材料的制备提供了理论借鉴。     

电催化氮气还原合成氨反应中抑制水解析氢竞争的研究进展

传统工业合成氨Haber-Bosch工艺条件要求严苛,并且存在高能耗以及高CO₂排放问题。电催化氮气还原（nitrogen reduction reaction, NRR）是一种在常温常压下利用氮气合成氨的新工艺,具有成本低、反应条件温和、环境友好等优势。但该反应所需过电位较高,水解析氢反应（hydrogen evolution reaction, HER）竞争明显,导致电流密度和选择性较低,无法达到工业应用水平。本文在介绍电催化NRR合成氨的反应机理的基础上,主要从氮气分子的吸附活化和电还原阶段反应过程出发,综述了电催化氮气还原合成氨反应中HER与NRR的竞争机制。重点梳理了通过设计催化剂和反应体系抑制HER的国内外最新研究成果,最后对电催化NRR合成氨面临的挑战和机遇进行了展望。