碳基纳米结构作为燃料电池催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池的主要商用催化剂是碳负载铂纳米粒子体系,其中碳的形式主要是碳黑。然而Pt属于贵金属,价格高、储量低,严重阻碍了PEMFCs的商业化进程。新型碳基纳米材料的不断涌现以及对其性能研究的不断深入,为解决上述问题带来了可能。越来越多的研究显示,基于新型碳基纳米材料的担载体系,不但能够提高Pt的利用率,降低所需的Pt担载量,还能提升催化剂的稳定性和催化活性等,从而高效地提升担载型催化剂的性价比。概述了近年来碳基纳米材料作质子交换膜燃料电池催化剂载体的研究进展,并讨论了未来的发展方向以促进质子交换膜燃料电池的大规模商用。     

我科学家“点铁成金” 燃料电池催化剂贵金属替代研究获突破

在燃料电池领域,目前使用性能相对稳定的金属铂作为电极催化剂。然而,铂的稀缺与昂贵限制了燃料电池的大规模应用。中科院大连化物所包信和院士带领的团队,创造性地给金属铁纳米催化剂穿上碳纳米层"铠甲",提高了铁基催化剂在燃料电池中的稳定性和抗中毒能力,为未来非贵金属催化剂最终在燃料电池中的应用指明了方向。     

喷射裂解法制备碳纳米笼和石墨烯片层及其作为铂催化剂载体的应用

采用喷射裂解法,以羰基铁为催化剂前驱体,吡啶为碳源,通过改变温度或比例(V(羰基铁)∶V(吡啶))制备了不同形貌的碳纳米材料。采用氯化铵热处理法去除碳材料中的铁催化剂,得到具有空心结构的碳纳米笼和石墨烯片层,采用高分辨透射电镜(HRTEM)对载体的形貌特征进行表征。然后将Pt纳米粒子沉积在碳载体上,得到不同的Pt/C催化剂。通过HRTEM、X射线衍射(XRD)和电化学测试对合成催化剂的结构、形貌和电化学性能进行了表征。实验结果表明:制备温度和反应物比例的变化导致产物的结构形貌发生变化;当作为催化剂载体时,其微观结构和石墨化程度对催化剂的催化活性和稳定性有很大的影响。     

锂离子电池用纳米碳材料研究进展

锂离子电池作为最有前景的储能器件之一,已经在便携式电子设备上广泛应用。然而使用传统电极材料,电池的能量密度和功率密度不够高、耐久性差、成本高,限制了其在电动汽车等方面的大规模应用。纳米碳材料的发展为设计适合锂离子电池的新型储能材料提供了机会。纳米碳材料作为一种新型碳材料具有许多独特的性能,包括独特的形貌结构、高比表面积、低扩散距离、高电导率和离子导电性能、可控的合成和掺杂等优点。因此,纳米碳材料在高可逆容量、高功率密度、长循环稳定性和高安全性锂离子电池中具有较大的应用前景。然而,纳米碳材料普遍存在首次库仑效率低、电压滞后等缺点,且纳米碳材料的电化学性能取决于碳材料的形貌和微观结构。解决这一问题最常用的方法主要有:(1)通过对纳米碳材料的形貌和微结构调控来改善其电化学性能;(2)通过异质原子掺杂改善纳米碳材料的电化学性能;(3)将纳米碳与其他储锂材料复合形成复合电极材料。本文主要综述了富勒烯、石墨烯、碳纳米管和多孔碳等四种具有代表性的纳米碳材料在锂离子电池中的最新研究进展,系统归纳了纳米结构和形貌对电化学性能的影响,讨论了纳米碳的合成、电化学储锂性能和电极反应机理。本文还对纳米碳材料未来...     

催化裂解甲烷制备-维纳米网状碳材料

通过沉淀法和相转移法的结合制备纳米催化剂.采用该催化剂催化裂解甲烷反应制备出了一维纳米网状碳材料,此类碳材料的比表面积为286m2/g.预计该材料具有良好的储氢、吸附性能.     

氮硫共掺杂碳材料均匀担载核壳纳米颗粒Co@Co9S8作为氧还原催化剂的研究

开发高效、稳定的非贵金属氧还原(ORR)催化剂是促进燃料电池商业化进程的关键。通过树脂衍生N、S共掺杂碳材料负载原位生成的Co@Co₉S₈核壳结构纳米颗粒,制备出一种具有良好活性和稳定的非贵金属催化剂Co@Co₉S₈/NSC。电化学测试结果表明：Co@Co₉S₈/NSC催化剂的半波电位(E_1/2)和极限电流密度可与商业Pt/C催化剂相媲美。同时相较商业Pt/C催化剂,其还具有极好的抗甲醇活性。此外,计时电流测试表明：持续老化10000s后,Co@Co₉S₈/NSC的电流密度保持了初始值的97.5%,远低于商业Pt/C催化剂的23.3%。为构建高活性高稳定性核壳结构ORR催化剂提供了新的思路,同时其思路也可以应用于其他新能源电极材料如Li-空气电池、Li-S电池及超级电容器等。     

催化裂解甲烷制备一维纳米网状碳材料

通过沉淀法和相转移法的结合制备的纳米催化剂。采用该催化剂催化裂解甲烷反应制备出了一维纳米网状碳材料，此类碳材料的比表面积为286m^2/g。预计该材料具有良好的储氢、吸附性能。     

纳米碳颗粒作为锂离子电池负极材料的研究

石墨化碳具有充放电容量高、循环性能稳定等特点,是最有商业应用价值的锂离子电池负极材料之一,所以改性的碳负极材料一直是研究的重点.用TEM,HRTEM对用电弧放电法制备的纳米碳颗粒进行结构表征,并将其用作锂离子电池负极材料研究其电化学性能.研究结果表明,纳米碳颗粒负极具有较高的初次充电容量,达到了710mAh/g.但是初次放电效率低,不可逆容量损失大,在锂离子电池应用上还存在很多缺陷.必须对其加以改善使之成为一种较好的锂离子电池负极材料.     

纳米Pt／C电催化剂研究

本文采用还原法制备了纳米电催化剂。探讨了影响反应及粒度的因素，得到了最佳反应条件，并用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)进行了表征。得到了粒径为2～5nm左右的Pt晶粒，研究了反应条件对催化剂催化活性的影响，研究表明：催化剂中Pt晶粒径的减小，电催化剂活性提高；电催化剂的反应条件与其晶相结构具有一定的对应关系，研制了高活性的质子交换膜燃料电池电催化剂。     

催化剂对乙醇催化燃烧法制备碳纳米纤维的影响

分别以硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍以及氯化铁、氯化钴、氯化镍作为催化剂先体，利用乙醇催化燃烧法制备了碳纳米纤维。利用扫描电子显微术、透射电子显微术和X射线能量分散谱术对样品进行了表征。讨论了不同种类的催化剂先体对产物形貌和生长机制的影响。     

氮掺杂碳纳米片负载Fe-Co-Pt复合材料的制备及其氧还原电活性

制备高活性和高稳定性的电催化剂复合材料一直是燃料电池与金属-空气电池的重要研究内容.以双氰胺作为碳氮源,通过酞菁钴和二茂铁提供金属纳米颗粒,对其混合物进行简单的高温热解得到负载铁钴合金的氮掺杂碳纳米片(Fe1-Co1-N/C);最后利用沉积法将少量铂引入到Fe1-Co1-N/C上,得到负载铂铁钴三金属合金的氮掺杂碳纳米...     

纳米碳管用于锂离子电池负极材料的研究

采用氧化法提纯了煤焦化工业副产品中的纳米碳管,采用X射线衍射法对纳米碳管的结构进行了研究,透射电镜研究了纳米碳管的形貌。提纯的纳米碳管d002为0.3496nm,具有类似石墨的结构和较高的石墨化度。研究了纳米碳管的电化学性能,其首次放电比容量达584.3mAh/g;添加石墨粉组成了20％的纳米碳管和80％的石墨粉的体系作为锂离子电池负极材料,其首次放电比容量为490.1mAh/g,并有较好的循环性能。     

碳纳米团簇向碳纳米纤维相转变机理研究

为了能够快速且大面积生长碳纳米纤维,研究碳纳米纤维的形成、转变及在各种物理、化学环境下的反应机理,应用等离子化学气相沉积(PECVD)方法,以CH4为反应气体,FeCl2为催化剂在玻璃衬底上生长碳纳米薄膜.应用扫描电镜(SEM)观察了碳纳米纤维薄膜的表面形貌,拉曼(Raman)光谱分析了碳纳米纤维的结构组成.结果表明,无催化剂时薄膜主要由纳米团簇构成,而催化作用下薄膜呈纤维状生长,纳米纤维为典型的碳纳米管石墨特征峰.在温度,气压,催化剂等反应条件中,FeCl2催化剂对碳纳米薄膜的取向生长起决定性作用,通过调节催化剂的浓度与分布,可有效改变碳纳米纤维的密度与分布.     

纳米CeO_2与碳基低温固体氧化物燃料电池

强调了发展可再生能源的战略意义;阐明了可直接将化学能转化为电能的固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构、特征、优点、应用及其两大研究趋势;评述了目前碳基低温固体氧化物燃料电池的研究进展;重点介绍了作者所在的实验室最近在研究具有微纳结构的CeO_2对碳基低温SOFC性能的影响,并指出:研究结果是初步的,然而是十分令人鼓舞的。     

一维纳米碳在碳基体上生长的研究进展

综述了采用化学气相沉积法在各种碳质基体上生长一维纳米碳的制备方法,阐述了基体的预处理、催化剂、碳源、生长温度等各种因素对产物的影响,简要介绍了在碳基体上生长一维纳米碳的性能和应用.     

无催化剂碳热还原法制备SiC@SiO2纳米电缆

SiC@SiO₂纳米电缆作为一种新型的功能性纳米复合材料, 以其优异的性能和广泛的应用前景受到了广泛关注。因此,开发一种有效、经济、方便, SiC@SiO₂纳米电缆的制备方法具有重要意义。本研究采用无催化剂的碳热还原法在1500 ℃的Ar气氛下, 通过加热硅粉和硅溶胶混合物从而快速高效地制备了SiC@SiO₂纳米电缆。该核壳的纳米电缆是由单晶β-SiC核心和无定形SiO₂壳组成, 其长度达几百微米, 直径为60~80 nm, 而且通过调节保温时间可以调控核壳的尺寸。结合实验数据并依据气-固(VS)机理解释了SiC@SiO₂纳米电缆的形成过程, 同时也进一步丰富了该生长机制, 为其工业化生产提供了参考。     

催化燃烧法制备碳纳米纤维球形团聚物

采用催化燃烧法制备碳纳米纤维球形团聚物，采用乙醇、丙酮分别作为碳源，采用硝酸镍、硝酸铁分别作为催化剂先体，采用铜片和铂丝分别作为基底。实验表征结果表明采用不同催化剂先体制备出的碳纳米纤维球形团聚物形貌相似，且都是由一维碳纳米纤维组成。最后对碳纳米纤维球形团聚物形成机理做了讨论。     

金属对炭黑转化为洋葱状中空结构纳米碳的影响

研究了炭黑分别在 Fe、Co、Ni 三种金属化合物作用下的催化转化行为, 以期使炭黑质点中不连续的无规则小石墨片层重新组装、构筑成洋葱状中空结构纳米碳. 采用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱分析表征了炭黑及其催化炭化产物的微观形貌和结构. 结果表明: 尽管三种金属催化剂均可通过溶碳-析出机制形成过渡态碳包覆纳米金属颗粒, 继而构筑成由准球形同心石墨壳层组合的洋葱状中空结构纳米碳, 但三种金属催化剂显示不同的催化效果, 终碳产物的形态和纯度差异较大, 其中以Fe 的催化效果最好.     

敷层技术可制成更耐用的骨科移植件

美国牙科基金会和国立标准和工艺研究所共同开发出一项将两种生物材料通过敷层技术制成一个坚固多孔件的技术；这将改善骨质重造或修复的水平。这项技术使用磷酸钙粘合剂（CPCs）、钙粉水质膏和磷酸化合物，令其生成羟磷灰石，这是构成天然骨骼的材料。     

美国开发出燃料电池用性能更好的Pd纳米催化剂

美国Brown大学的化学家宣布开发出燃料电池用性能更好的钯（Pd）纳米催化剂，其活性表面积比常规的钯颗粒要大约40％，并且纳米颗粒保持原封不动的4倍长度。该成果已发布在美国化学学会杂志（Journal of the American Chemical Society）上。钯已被研究用作燃料电池用铂的替代品，钯源较丰富且价格低得多。然而，研究人员遇到的困难是创建有足够活性表面积、能使燃料电池中催化剂达到高效的钯纳米颗粒，