活化和氮掺杂炭层包覆碳纳米管载铂催化剂电催化性能研究

利用化学浸渍还原法,以原始和混酸活化碳纳米管,及聚苯胺改性制备的氮掺杂炭层包覆碳纳米管为载体,制备上述碳纳米管负载铂催化剂,研究比较它们作为质子交换膜燃料电池催化剂的电催化性能。透射电镜观察表明,以混酸活化碳纳米管为载体一定程度改善了铂粒子在碳管上的沉积形态和分散性,沉积的铂粒子大小约5~8nm,但铂粒子仍存在较明显的团聚现象;而因聚苯胺改性碳纳米管外层为均匀氮掺杂炭层,铂粒子能均匀分散沉积于氮掺杂层表面,其平均粒径约为2~4nm。电化学分析表明,混酸活化和氮掺杂炭层包覆碳纳米管都能够改善负载催化剂的电催化活性,尤其氮掺杂炭层包覆碳纳米管负载铂催化剂不仅具有最高氧还原活性,其负载催化剂同时展现了良好的循环稳定性。     

氮掺杂再生活性炭的制备及电催化氧还原反应性能研究

为解决危废活性炭传统回收方式带来的资源浪费和环境污染等问题,本工作以抗生素脱色废活性炭为原料、氨气为氮源,采用高温热解再生法将氮元素通过sp²杂化键合进入到活性炭骨架中,制备了氮掺杂再生废活性炭氧还原反应(ORR)催化剂,分析了氮掺杂再生活性炭的物相组成、微观形貌、电化学性能。结果表明,当温度为1 000℃、退火时间为1 h时,所制备的N-RWAC-1000-1氧还原电催化性能最佳。N-RWAC-1000-1具有丰富的微孔和介孔结构,比表面积可达908 m²/g,在碱性介质中的起始电位为0.92 V(vs.RHE),半波电位为0.82 V(vs.RHE),均接近商业20%(质量分数)的铂碳催化剂。此外,氮掺杂再生炭拥有优于商业化铂碳的循环稳定性和甲醇耐受性,有望成为新的氧还原催化剂以期为抗生素脱色废活性炭的高值化利用提供了新的方向。     

氧化石墨烯原位合成VC及其负载Pt氧还原催化性能

为了开发高性能燃料电池催化剂,研究以氧化石墨烯为载体和碳源合成VC及其负载Pt催化剂的合成、结构和催化氧还原性能。结果表明:氧化石墨烯可以作为碳源在氢气气氛下与V_2O_3原位合成VC,同时在氨气气氛下热处理还可以对其进行氮的掺杂,氮掺杂将其催化氧还原的起始电势提高了0.15V。石墨烯与氮掺杂VC负载Pt具有良好的催化氧还原性能,其峰值电流、起始电势以及循环寿命都超过了传统的Pt-C催化剂。     

碳气凝胶载铂催化剂对甲醇的电催化氧化性能

以用溶胶凝胶法制备的碳气凝胶(CA)作为催化剂载体,用间歇微波法制备了碳气凝胶载铂催化剂。用电感耦合等离子光谱仪(ICP)测定了催化剂中Pt的含量,用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)对催化剂的形貌、粒径分布以及颗粒粒度进行了表征。结果表明,碳气凝胶载铂催化剂粒子分布均匀、粒径集中,平均粒经为4 nm.用能量散射X射线能谱(EDX)分析了催化剂的化学成分,用循环伏安法、线形扫描伏安法和计时电流法对催化剂的电化学性能进行了表征.结果表明,以碳气凝胶为载体的催化剂比以活性炭为载体的催化剂具有更高的催化活性。     

铁氮掺杂活性炭载体增强碳载铂基催化剂氧还原反应稳定性EI北大核心CSCD

修饰和改良载体是改善质子交换膜燃料电池阴极铂基催化剂性能的主要途径。以铁氮(FeN)掺杂活性炭(Black Pearl 2000,BP)为载体,获得负载型铂基催化剂。使用电化学方法对催化剂的氧还原反应活性以及稳定性进行测试,采用X射线衍射仪、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等分析手段对载体及催化剂结构进行表征。结果表明:Pt/FeN-BP催化剂与商业Pt/C催化剂的起始电位均为0.94 V,具有相当的氧还原反应初始活性;老化测试后,Pt/FeN-BP催化剂与商业Pt/C催化剂的起始电位损失分别约为10,30 mV,半波电位损失分别约为5,60 mV,Pt/FeN-BP催化剂的稳定性明显优于商业Pt/C催化剂。这是因为,铁氮掺杂碳载体具有适中的比表面积和孔径大小,Pt颗粒在载体上以小粒径的状态存在且老化测试后Pt颗粒无团聚现象,以及载体与Pt颗粒之间可能存在一定的相互作用。     

PEMFC Pt-WO3/C电催化剂的制备与性能表征

以VulcanXC-72碳作为催化荆载体,采用分步化学沉积方法制备了碳黑担载的Pt-WO3电催化剂.通过XRD、循环伏安等物理和电化学手段对催化剂样品进行了测试和表征,结果表明该催化剂具有更高的氧还原起始电位和峰值电位,表现出良好的电催化氧还原性能,可作为质子交换膜燃料电池阴极氧还原的电催化剂.     

Fe-PPy-TsOH/C用作质子交换膜燃料电池氧电极催化剂的研究

氧电极催化剂是制约质子交换膜燃料电池(PEMFCs)发展和应用的一个重要因素, 开发低价高效的非贵金属催化剂对PEMFCs来说已成为当务之急。本研究选择氮掺杂的碳载过渡金属(M-N/C)类催化剂为研究对象, 以铁盐作为金属前驱体, BP2000为碳源, 聚吡咯(PPy)为氮源, 对甲基苯磺酸(TsOH)为掺杂剂, 合成了非贵金属催化剂Fe-PPy-TsOH/C, 探究了不同的热处理温度及钴原子的掺杂对其氧还原催化性能的影响。研究结果表明: 800℃制备的Fe-PPy-TsOH/C催化剂因结晶度高、颗粒大小适中且分布均匀而具有最佳的氧还原催化性能; 一定量的钴原子取代可以改善Fe-PPy-TsOH/C的氧还原催化性能, 当钴的掺杂量为33.33%时(铁钴原子比为2︰1), 催化剂的性能达到最优。     

石墨粉末化学镀Ni-P催化剂表面乙醇的电催化氧化

电催化乙醇氧化的阳极材料易失效.在活性炭(C活性)上化学沉积Ni-P颗粒,制备了Ni-P/C活性催化剂,将其填入213型铂电极凹槽之中,制成Ni-P/C活性电极.采用扫描电镜(SEM)和电化学循环伏安法对Ni-P/C活性催化剂性能进行了研究.结果表明:球状Ni-P颗粒以约为100 nm的大小均匀分布于C活性表面;仅C活性电极能催化乙醇发生氧化,但易失活,而Ni-P/C活性电极可以催化乙醇在-0.24 V发生氧化,在阴极极化扫描过程中,-0.39 V时会出现乙醇氧化中间物的氧化峰,催化乙醇氧化的峰电流随循环使用次数的增加而提高,氧化电位逐渐负移,这与Ni-P在碱性条件下电氧化产生Ni(OH)2和NiOOH有关.     

Ag@AgI复合N,F共掺杂TiO_2纳米管的制备及其可见光催化性能

采用一步水热合成法制备出氮(N),氟(F)共掺杂TiO_2纳米管,然后通过沉积-沉淀法并结合光还原处理制备出一种新型Ag@AgI复合的N,F共掺杂TiO_2纳米管。结果表明:所制备的催化剂样品具有均匀的纳米管结构,比表面积较大可达210.6m~2/g。由于N,F的掺杂和Ag表面等离子体共振效应使得催化剂的禁带宽度降低到1.9eV,其光吸收边际红移到650nm左右,其在可见光范围的响应明显增强,光生电子-空穴对更容易分离。在波长大于400nm光照射75min,样品对甲基橙催化降解率达到98.2%,循环利用5次样品对甲基橙的催化降解率仍能保持在90%以上,说明该催化剂具有稳定的光催化活性。     

TiO2/活性炭复合体的制备及其表征

以活性炭(AC)为载体,采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2/AC复合型催化剂.利用SEM,TG-DTA,XRD,等手段对其组成、结构、尺寸等进行分析和表征,结果表明,该复合材料由碳、钛、氧等3种元素组成,其中TiO2纳米粒子尺寸在2O-50nm之间,比本体TiO2纳米粒子尺寸小;在该纳米复合材料中,活性炭作为载体与TiO2结合牢固,存在着某种化学键,TiO2纳米颗粒间不发生团聚,并且活性炭载体的比表面积变化不大.     

氮掺杂炭层包覆碳纳米管的组织结构调控及其氧还原催化活性

采用化学原位聚合合成聚吡咯涂覆碳纳米管,之后将其在氮气氛下热处理制备氮掺杂炭层包覆碳纳米管NCCNTs。利用该工艺,通过改变热处理温度,调控NC-CNTs组织结构和表面化学组成。比表面和孔结构分析显示,600,800和1 000℃热处理制备的氮掺杂碳纳米管NC-CNT600,NC-CNT800和NC-CNT1000的比表面积和孔体积依次显著增加,NC-CNT1000的比表面积和孔体积分别约是NC-CNT600的3倍和1.7倍。这是因碳纳米管表面聚吡咯层向氮掺杂炭层转化过程导致更多的微孔形成。然而,制备温度升高使NC-CNTs的氮含量降低,表面含氮官能团由吡咯型氮向吡啶型氮和石墨氮转化,NC-CNT1000含最高比例的石墨氮。作为无金属催化剂,NC-CNTs在碱性电解质条件下展现了明显的氧还原催化活性,但其氧还原活性并不与样品氮含量成正比。NC-CNT600和NC-CNT800的氧还原反应为两电子转移机制,而NCCNT1000表现为两电子和四电子转移混合机制,其展现出最高的氧还原催化活性和催化稳定性,这可能是其具有高的比表面积和孔体积,结合含氮官能团中高比例石墨氮的缘故。     

Fe/N共掺杂生物质活性炭提升氧化还原性能

以梧桐木屑为原料,采用湿混法与一定量KOH搅拌并干燥,在氮气氛围下高温活化制备生物质活性炭。选取工艺优化后的活性炭掺杂铁氮元素,二次高温煅烧后形成Fe-N-C型非贵重金属催化剂。得出木屑生物质活性炭在活化温度为800℃,碱料比1∶3下比表面积为2051.8 m~2·g~(-1),总孔容为1.23 cm~3·g~(-1);通过进一步掺杂铁氮元素获得的催化剂材料拥有良好的ORR(氧还原反应)活性(初始电位-0.03 V、半波电位-0.10 V和极限电流4.2 mA/cm~2)、耐甲醇性和稳定性,可以在能源领域中被广泛的应用。     

Fe/N共掺杂生物质活性炭提升氧化还原性能北大核心CSCD

以梧桐木屑为原料,采用湿混法与一定量KOH搅拌并干燥,在氮气氛围下高温活化制备生物质活性炭。选取工艺优化后的活性炭掺杂铁氮元素,二次高温煅烧后形成Fe-N-C型非贵重金属催化剂。得出木屑生物质活性炭在活化温度为800℃,碱料比1∶3下比表面积为2051.8 m2·g-1,总孔容为1.23 cm3·g-1;通过进一步掺杂铁氮元素获得的催化剂材料拥有良好的ORR(氧还原反应)活性(初始电位-0.03 V、半波电位-0.10 V和极限电流4.2 mA/cm2)、耐甲醇性和稳定性,可以在能源领域中被广泛的应用。     

一步热解合成氮掺杂石墨烯载钴纳米粒子及其对氧还原反应的电催化性能

采用便捷的一步热解途径合成了氮掺杂石墨烯载钴纳米粒子(Co/NG),并表征了其结构、形貌和表面性质,进一步评价了Co/NG作为阴极催化剂对氧还原反应的电催化性能。透射电镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)谱分析显示平均粒径21.4nm的Co纳米粒子较均匀地分散在三维多孔状石墨烯上。X射线光电子能谱(XPS)结果表明,Co/NG存在两类含氮组分,即吡啶氮和吡咯氮。电化学测试结果显示,Co/NG催化剂在碱性介质中对氧还原反应的起始还原电位约-0.049V,极限电流密度为5.9mA/cm~2。其电催化活性与商业化Pt/C相当。     

(Co,N)/C氧电极催化剂的制备和性能

以C点、NH_3·H_2O和Co(Ac)2·6H_2O为原料,用溶剂热方法制备了(Co,N)/C纳米催化剂。结果表明,催化剂多元掺杂比无掺杂或单一掺杂具有更好的氧还原催化活性,其氧还原起峰电位为-0.08 V,峰电位为-0.165 V,接近Pt-C(20%Pt)催化的起峰电位(-0.068 V);在该过程中氧还原转移电子数为3.59,接近一级反应动力学(转移电子数=4),中间产物H_2O_2的含量约25%。甲醇对(Co,N)/C催化剂催化能力的影响较小,循环催化10 h后其催化性能只下降8.8%,明显优于Pt-C在甲醇中的催化稳定性(下降37.9%)。N-(C)_2,C-N-C以及Co-C键都是催化剂的主要活性单元,纳米Co_3O_4颗粒可协同提高催化剂的催化能力。     

立方体咪唑骨架衍生CoFe合金纳米粒子嵌入N-掺杂石墨化碳中用于锌空气电池放电反应（英文）

目前,贵金属铂被认为是性能最优异的氧还原催化剂,但是其昂贵的价格、有限的储量制约了其大规模应用,因此制备具有高催化活性和稳定性的过渡金属基催化剂迫在眉睫.在本工作中,我们构筑了一种CoFe合金纳米颗粒嵌入到N-掺杂石墨化碳纳米结构中的复合材料(CoFe/NC)作为氧还原催化剂.我们首先制备了ZIF-67纳米立方体,再利用离子交换法在其骨架中引入Fe2+形成CoFe-ZIF前驱体.通过在惰性气氛下煅烧得到CoFe/NC催化剂.由于钴、铁及氮掺杂的协同作用,CoFe/NC-0.2-900催化剂(在900°C下煅烧掺杂0.2 mmol硫酸亚铁的CoFe/NC)表现出优异的氧还原性能,尤其是极限电流密度(6.4 mA cm^-2)远高于Pt/C(5.1 mA cm^-2).采用CoFe/NC-0.2-900和NiFeP/NF(负载在泡沫镍上的NiFeP)分别作为放电和充电反应催化剂组装的可充电锌空气电池,与传统的Pt/C+RuO2/C催化剂组装的电池相比,具有较低的充放电电压差、较大的功率密度和更优异的循环稳定性.     

钴氮共掺杂生物质活性炭提升氧化还原催化剂性能北大核心CSCD

采用新鲜海带为原料,先真空冷冻干燥,粉碎过筛后与一定量KOH干混,高温活化制备生物质活性炭,选取优化后的活性炭掺杂钴氮元素,经过高温煅烧形成Co-N-C型非贵重金属催化剂.结果表明,海带基生物质活性炭在活化温度为800℃,活化时间60 min下比表面积为2071. 72 m2/g,总孔容为1. 20 cm3/g,产率为25. 06%;该生物质活性炭掺杂钴氮元素获得的催化剂材料拥有很好的ORR(氧还原反应)活性、耐甲醇性和稳定性,可以被广泛的应用在能源领域.     

钴氮共掺杂生物质活性炭提升氧化还原催化剂性能

采用新鲜海带为原料,先真空冷冻干燥,粉碎过筛后与一定量KOH干混,高温活化制备生物质活性炭,选取优化后的活性炭掺杂钴氮元素,经过高温煅烧形成Co-N-C型非贵重金属催化剂.结果表明,海带基生物质活性炭在活化温度为800℃,活化时间60 min下比表面积为2071. 72 m2/g,总孔容为1. 20 cm3/g,产率为25. 06%;该生物质活性炭掺杂钴氮元素获得的催化剂材料拥有很好的ORR(氧还原反应)活性、耐甲醇性和稳定性,可以被广泛的应用在能源领域.     

活性炭负载N掺杂可见光型TiO2-xNy/AC光催化剂的制备及性能研究

将活性炭负载与N掺杂有效结合,采用酸催化水解法在粉状活性炭(AC)表面合成TiO2前驱体,在NH3/N2气氛中程序升温处理制得N掺杂TiC2-xNy/AC(TON/AC)光催化剂.以苯酚为模型物,考查了TON/AC紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性以及分离性能、使用寿命.采用XPS、XRD、DRS、FTIR,SEM、低温氮物理吸附对光催化剂的表面特征,吸光特性、晶相结构等进行表征.结果表明,N以阴离子形式进入TiO2体相并置换晶格中的O,适量N掺杂的TON/AC在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性.N掺杂在TiO2表面生成Ti-O-N键,形成新的能级结构,使催化剂的吸收红移至450～550nm,诱发TiO2可见光催化活性. AC负载可降低TiO2团聚体的尺寸,增加催化剂比表面积,为光催化降解提供高浓度环境,从而提高光催化效率同时还可改善催化剂分离性能,提高催化剂使用寿命.     

PEMFC用抗溺水性功能化Pt/C催化剂的制备及表征

催化剂的碳载体腐蚀是Pt/C催化剂催化性能下降的重要原因,并且亲水性的催化剂增加了质子交换膜燃料电池氧电极发生水淹的风险。利用过氧化氢对XC-72碳进行氧化预处理,负载Pt后,进一步用水合肼对Pt/C催化剂还原,制备耐蚀性和抗溺水性的Pt/C催化剂。对红外光谱吸收峰进行比较可知,经双氧水处理后,XC-72碳表面的含氧官能团数量增加,其接触角小于未经处理的XC-72碳;进一步用水合肼还原氧化后的XC-72碳,接触角较氧化的XC-72碳增大22.4°,抗溺水性增强。由比表面积测定可知,双氧水处理XC-72碳,比表面积下降,但中孔比例增加,有利于Pt的负载。水合肼还原后的Pt/C催化剂较还原之前的Pt/C催化剂抗溺水性增强,接触角增大6.2°。经2000周次循环伏安扫描,水合肼还原后的Pt/C催化剂电化学比表面损失减小,耐久性提高。