简单一步法合成Co9S8氧还原反应电催化剂

采用低温回流技术,以Co₄(CO)₁₂和S粉为原料,在1, 6-己二醇溶剂中一步合成了钴硫化物催化剂。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对合成的化合物进行了表征。XRD分析表明合成样品为立方结构的Co₉S₈化合物,其SEM图片显示了花椰菜状的表面形貌。Co₉S₈化合物表现出良好的氧还原催化活性,开路电位为0.75 V(vs. NHE)。在电荷转移控制电位区,电极反应传递系数和塔菲尔斜率分别为0.50和119 mV。同时,将催化剂的催化活性和电化学稳定性与商业铂催化剂进行了比较。     

用于氧还原反应的铂基催化剂研究进展

铂基催化剂是传统高效的质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极氧还原反应(ORR)催化剂,提高燃料电池性能的同时降低成本是研究重点。基于50余篇文献的分析,总结了铂基ORR催化剂基于性能的调控策略,包括调控粒径、组分和形貌,综述了铂基纳米粒子、单原子(SAC)、合金、高熵合金(HEA)、纳米线和纳米片催化剂的研究进展,探讨了铂基ORR催化剂研究存在的挑战,并对其未来发展进行了展望。     

Mn2O3掺杂对MnO催化氧还原性能的提高

本文主要研究了纯相MnO以及Mn₂O₃掺杂MnO氧还原催化剂的结构和性能,XRD、SEM、HRTEM等测试表明,氢气还原条件下可以得到Mn₂O₃掺杂的MnO,氨气还原得到纯相MnO。循环伏安(CV)法、Tafal曲线法、时间电流曲线和线性扫描伏安等方法对其催化氧还原性能的研究表明：MnO催化氧还原的峰值电压在-0.1 V到-0.5 V之间,Mn₂O₃的掺杂提高了氧还原峰值电流强度和电压;RDE与RRDE测试表明：Mn₂O₃掺杂MnO的催化氧还原反应主要是4电子反应,而纯相MnO催化氧还原主要是2电子反应。通过本研究表明：Mn₂O₃掺杂提高了MnO的催化氧还原性能,元素不同价态离子的共存提高了催化氧还原反应的活性。     

铜基银枝晶的制备和氧还原电催化性能

通过迦尔瓦尼置换反应在不同的Ag+溶液中制备出了铜基银枝晶,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学工作站分别对样品的结构、微观形貌以及电化学性能进行了表征。结果表明,随着溶液中Ag+浓度和反应时间的增加,银的形貌从团簇状向树枝状转变,氧还原电催化性能也增强;在相同浓度Ag+溶液中,SO42-比NO3-更能促进枝晶的生长,但当阴离子是NO3-时比阴离子是SO42-时所制备的银枝晶的氧还原电催化性能更好;在10 mmol/L AgNO3溶液中,反应时间为1800 s时制备的银枝晶电极使H2O2的还原峰电流最大,在0.1 mol/L Na2SO4+5mmol/L H2O2溶液中,恒电位为-0.32 V时,其稳态电流密度可达2.83 mA/cm2。初步提出了银枝晶的生长机制和H2O2的氧还原催化机制。     

制备路线对碱性介质氧还原反应电催化剂Ag-MnO_x/C催化活性的影响（英文）

通过X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、扫描电镜以及能谱分析和电化学方法考察制备路线对氧还原反应(ORR)电催化剂Ag-MnOx/C物理性能及其催化活性的影响。结果表明:通过两步法制得的催化剂(Ag-MnOx/C-2)的表面Ag和Mn含量比一步法制备样品(Ag-MnOx/C-1)的高,这使得Ag-MnOx/C-2具有更高的催化活性。Ag-MnOx/C-2表面ORR的电子转移数高于Ag-MnOx/C-1的电子转移数,且在-0.60 V(相对于Hg/HgO)处的比质量动力学电流为46 mA/μg,为Ag/C的23倍。以Ag-MnOx/C-2为阴极催化剂组装的锌-空气电池的最高能量密度高达117 m W/cm2。     

Ag含量对钙钛矿型La-Ca-Co-O氧还原催化剂电催化特性的影响

为了提高钙钛矿型La-Ca-Co-O的氧还原催化性能,采用柠檬酸辅助的溶胶-凝胶法制备添加AgNO3的Lao0.4Ca0.6CoO3粉体.采用 XRD、SEM和EDAX分析手段研究凝胶在700℃焙烧后的产物,通过电位阶跃技术测定定不同Ag含量粉体的电化学有效表面积.通过线性扫描伏安法测定催化剂粉体催化氧还原反应的极化特性;通 过Tafel技术测定其催化氧还原反应的交换电流密度.采用粉末压片和直流电路测定催化剂的表观电导率.结果表明:Ag+固溶入La0.4Ca0.6CoO3晶格导致晶格膨胀;添加AgNO3的粉体中还有单质Ag颗粒析出.在La0.4Ca0.6CoO3中引入Ag+可显著提高其对氧还原的电催化活性,在Ag含量为2%时,催化氧还原的交换电流密度达到最大值0.2988 A/m2;而La0.4Ca0.6CoO3的表观电导率随着Ag含量增加而增大.     

碳载PtNi合金催化剂的制备、表征及氧还原催化性能研究

以乙酰丙酮铂(Pt(acac)₂)、乙酰丙酮镍(Ni(acac)₂)为前驱体,三正辛基氧膦(TOPO)为表面修饰剂,油胺(OAm)为还原剂,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为助剂,超导碳科琴黑ECP为载体,采用液相合成法制备了碳载PtNi合金纳米催化剂(Pt_2.7Ni/C)。通过TEM对其形貌进行表征,ICP-AES进行定性和定量分析,XRD对其结构进行表征,并进行电化学阴极氧还原催化性能研究。研究表明：所制备的Pt_2.7Ni/C纳米催化剂粒径分布在3～11 nm之间,平均粒径为6.25 nm;在酸性条件下,当电位在0.9 V(vs.RHE)时,Pt_2.7Ni/C纳米催化剂的质量比活性为796.08 mA·mg_Pt^-1,为商业Pt/C(JM)催化剂的约4.0倍,面积比活性为3.60 mA·cm^-2,为商业Pt/C(JM)催化剂的约11.3倍。同时在经过5000和10 000次的加速耐久性实验后,Pt_2.7...     

钢铁材料在海水中阴极氧还原反应研究进展

概括地介绍了海水中溶解氧在钢铁材料表面上的还原机理,综述了钢铁材料表面氧化膜、生物膜、海水中离子对氧还原反应的影响,总结了应用于氧还原反应研究中的测试方法.     

用于氧还原反应的氮掺杂空心多孔碳球封装的过渡金属氮化物的制备和性能

通过浸渍和热处理方法制备一系列氮掺杂空心多孔碳球(NHPCS)封装的过渡金属氮化物(MxNy,M=Fe,Co,Ni)纳米颗粒复合材料.此纳米复合材料兼具氮化物的高催化活性和氮掺杂多孔碳球的高效传质特性.氧气还原反应结果表明,Fe2N/NHPCS表现出优异的催化性能,其具有较高的起始电位(0.96 V)、电子转移数(～4...     

钌基双金属聚酞菁电催化析氧性能研究

电解水制氢阳极电催化析氧反应(OER)动力学缓慢,可采用阳极OER催化剂提高。采用简单的低温热解法制备出钌(Ru)、铁钌(Fe Ru)和钴钌(CoRu)复合聚酞菁等一系列催化剂,通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对催化剂的形貌和结构进行表征,并采用电化学工作站对催化剂的析氧等电催化性能进行测试。测试结果表明,催化剂Fe₃Ru-PPc在碱性环境下电流密度为50 mA·cm^-2时的过电位为303.5 mV,塔菲尔斜率仅为42.3 mV·dec^-1,相比于商业Ir O₂具有更好的OER活性。对其结构分析可知,Fe与Ru的结合使得材料的电子结构发生变化,促进了OER的动力学过程,从而使其具有更好的OER活性和载流子迁移率。     

银纳米材料的形貌可控制备及电催化氧还原性能

应用多元醇法通过调控NaCl(间接晶种)的量,快捷方便地制备出银纳米线(SNWs)和银纳米粒子(SNPs),采用SEM、EDS、XRD和UV-Vis表征了纳米材料的形貌、元素组成、晶相结构和尺寸分布范围。结果表明,两种银纳米材料形貌均一,均为面心立方晶体结构。通过线性电位扫描法测定发现,SNWs和SNPs在碱性条件下对氧还原反应(ORR)具有不同的电催化活性,SNWs与SNPs对比,其起始还原电位正移70 mV,峰电位正移50 mV,还原峰电流前者是后者的1.8倍。SNWs表现出更好的催化性能。抗醇性能研究表明,SNWs对甲醇具有较好的抗醇性能,而SNPs对乙醇具有较好的抗醇性能,2种纳米材料均对异丙醇的抗醇性能均较差。     

结构有序化金属间Pt3Co纳米线用于强化电催化氧还原性能

氧还原反应(ORR)之于燃料电池,金属空气电池等清洁能源转化装置十分重要,因此设计并合成高效且稳定的阴极氧还原催化剂已是目前热门的发展课题。为了达到精准合成材料,且最大程度地使用铂的目的,我们在此使用多孔氧化铝模板(AAO)进行恒电位沉积,在一定浓度的溶液中合成Pt₃Co一维合金纳米线。随后,合金纳米线在真空环境下进行高温退火,分别在400 ℃和650 ℃转变为无序相和有序相Pt₃Co纳米线并通过结构表征证明其已实现有序化转变。合金催化剂在AAO模板内退火,有效地防止了其在高温环境中产生团聚。通过磷酸和铬酸的溶解,合金纳米线从AAO中释放,并用于电催化氧还原反应测试。正如预期一样,与无序Pt₃Co纳米线和商业Pt/C颗粒相比,有序Pt₃Co纳米线表现出更好的半波电位和质量活性,证实了有序Pt₃Co纳米线在元素分布和晶格结构上的优势。此外,有序和无序Pt₃Co纳米线在经过5000次耐久性循环测试后,仍然比Pt/C颗粒具有更强的稳定性。由此可以看出,有序Pt₃Co纳米线作为一种可接受的,具有潜在商业价值的催化材料,成为未来燃料电池催化剂的备选材料。     

NiSe_2块体材料的制备及热电性能研究

结合机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)工艺制备了NiSe_2块体热电材料。研究了MA球磨时间和SPS烧结温度对NiSe_2热电材料的物相、显微组织以及电热传输性能的影响。结果表明:当转速为425 r/min,球磨40 h后合成了约45 nm的NiSe_2纳米粉体。NiSe_2粉体是一种直接禁带半导体,禁带宽度为2.653 eV,其块体呈n型导电特征。烧结温度为773 K时,NiSe_2块体材料在323 K获得最大功率因子101μW·m~(-1)·K~(-2),热导率为7.5 W·m~(-1)·K~(-1),最大ZT值为0.0045。     

面向多功能非贵金属电催化剂的构筑和微尺度解析

相对于贵金属电催化剂制作成本高、地球储量稀少、电化学稳定性低等缺点,制备廉价、能量转换效率高、使用寿命长、环境友好的非贵金属电催化剂是推动能源存储和转换技术快速发展的重要途径.根据电催化过程中电催化析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)、电催化析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)及氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)这三个重要反应类型,概述了水裂解和燃料电池的电化学反应机制,同时归纳了单功能电催化剂、双功能电催化剂、多功能电催化剂及其他电化学材料的设计与制备方法、相互关系和各自功能特点.借助先进的电子显微技术,如扫描电子显微镜、原子力扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、电子能量损失谱仪等对其微观结构进行表征,重点对其表面形貌、结构、内部成分、元素分布等相关信息进行解析.从提供更丰富的缺陷空位、潜在活性位点、优化界面相互作用、增大电化学比表面积、形成协同效应等方面,分析其在降低成本的同时,提高电催化剂的电导率、增强稳定性的相关机理,以期为非贵金属电催化剂的研究和推广应用提供新策略.     

氧化铁/氮掺杂碳纳米管催化剂的制备与氧还原性能研究

目的探索非贵金属作为燃料电池阴极催化剂的氧还原性能。方法采用磁控溅射的方法,在N2/Ar工作气氛中,将Fe溅射到碳纳米管阵列表面,同时将氮掺入样品中,然后在不同温度下退火制备氮掺杂碳纳米管负载氧化铁(Fe_2O_3/N-CNT)的氧还原催化剂。采用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对样品的形貌、结构和成分进行分析。通过电化学测试研究样品的氧还原催化性能,并对样品的催化反应动力学进行研究。结果退火温度对样品的形貌和氧还原催化性能具有显著影响,样品的氧还原催化活性随着退火温度的升高先增强后显著下降。其中450℃退火的样品表现出最佳的催化性能,该样品在0.1 mol/L KOH溶液中的起始电位和峰电位分别为0.715 V和0.6 V,电子转移数在3.3~3.6之间。结论 Fe_2O_3/N-CNT具有较好的氧还原催化活性,其中吡啶氮是可能的氧还原催化活性位点。实验中催化剂的制备方法简便且成本低廉,是一种有望替代Pt基贵金属的电催化材料。     

稀土Nd掺杂Ti/RuO2-Co3O4电极电催化性能研究

采用热分解法在400℃下制备了稀土Nd改性Ti/RuO2-Co3O4氧化物阳极,对稀土Nd掺杂量进行优化。利用SEM、EDX及XRD等分析方法对电极表面形貌、组成及结构进行了表征,通过开路电压、循环伏安、极化曲线及强化电解寿命等电化学方法研究了电极的析氧催化活性及稳定性。结果表明:稀土Nd掺杂使表面层晶粒细化,晶型饱满,且促进活性组分RuO2向电极表面富集,增加电极催化活性中心;掺杂量为20:1时,电极析氧性能最佳,伏安电荷容量高达686mC/cm2,反应活化能低至16.76kJ/mol,掺入稀土Nd后电极基体与涂层的结合力增强,电极强化电解寿命高达158h。     

热处理对Pt纳米线电催化性能的影响

采用阳极氧化铝(AAO)模板法电化学沉积制备了Pt纳米线催化剂,并进行了热处理。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电化学测试对热处理前后Pt纳米线催化剂的晶体结构、形貌和电催化性能进行了表征,并与商业碳载铂(Pt/C)做对比。SEM照片表明制备了表面粗糙的Pt纳米线。循环伏安法(CV)和计时电流曲线表明,Pt纳米线较Pt/C催化活性高,退火后Pt纳米线更利于甲醇氧化,且稳定性更好。旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现,未经热处理的Pt纳米线催化剂氧还原反应(ORR)极化曲线的半波电势相对Pt/C有正移,有更大的极限扩散电流,利于氧还原反应的发生。