纳米纤维素碳气凝胶制备及其电催化性能研究

本研究以纤维素纳米纤丝(CNF)为碳骨架,氮含量高的类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为氮源和造孔剂,成功制备了一种具有分级多孔结构的氮掺杂碳气凝胶(NCA)电催化剂。研究了NCA的物理化学结构与氧还原反应(ORR)活性之间的关系,以及其锌-空气电池性能。该NCA催化剂表现出较高的比表面积(381.77 m~2/g)、分级多孔结构,氮掺杂含量3.27%。ORR测试结果表明,NCA具有优异的ORR催化活性,半波电位可达0.83 V,接近商业铂碳(Pt/C)电催化剂。进一步将NCA作为阴极催化剂用于组装水系锌-空气电池,在电流密度为10 mA/cm~2下可以实现长达110 h的循环充放电,具有良好的电池使用性能。     

基于三维石墨烯的甘油酶生物燃料电池的构建及其性能研究

本文采用修正的Hurnmers方法制备了氧化石墨,通过超声波剥离得到氧化石墨烯溶液,用水热法进行还原,制得三维石墨烯。结果表明,制备的三维石墨烯材料具有多孔结构,且还原后某些含氧基团消失。所构建的酶生物燃料电池以三维石墨烯(GN)为载体,以麦尔多拉蓝(MB)为导电介体,用Nafion(NF)固定甘油激酶(GK)和甘油-3-磷酸氧化酶(GPO)制备阳极催化电极,并以Pt/C作为阴极催化剂。结果显示,基于NF/GN/MB酶修饰碳纸电极的甘油酶生物燃料电池具有良好的放电性能,开路电位达到0.77 V,并在0.42 V取得最大功率密度42.05 μW/cm2。论文中对该酶生物燃料电池的组装、工作条件等进行了优化,用极化曲线法和交流阻抗法对其性能进行了评价。该酶生物燃料电池将为生物柴油副产物甘油的处理,提供一种清洁可靠的能源再利用方式。     

三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子对甲醇氧化的电催化性能

以乙二醇为溶剂和还原剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为络合剂,采用有机溶胶法并结合冷冻干燥,制备了三维石墨烯负载PtRu合金纳米粒子(PtRu/Gr)催化剂.采用SEM,TEM和XRD对催化剂的形貌、组成、粒径大小和相结构进行表征,采用循环伏安法和计时电流评价催化剂对甲醇氧化的催化活性,并与自制Pt/Gr和Pt/C进行对比.结果表明,平均粒径约2.1 nm的PtRu合金粒子均匀分散在三维石墨烯表面,其对甲醇氧化催化活性分别是Pt/Gr和Pt/C催化剂的1.5倍和2.6倍,而且具有高的稳定性和抗中毒能力.     

钴基化合物合成及其电催化性能研究

直接甲醇燃料电池具有运行的时候噪声相对较小、价格合理、能量密度高以及启动较快的优点,此外由于直接甲醇燃料电池自身的结构不复杂,而且燃料的来源非常广,所以它一直被科研工作者们认为是最为可靠理想的一种能量转换的装置。当下在直接甲醇燃料电池的使用中,应用最多的当属贵金属催化剂铂,但是由于材料本身价格较高、资源不多、利用率不高等缺点,使得直接甲醇燃料电池的商业化推广受到了制约。所以,一方面催化剂的抵抗中毒能力和自身经济性要被提高,另一方面找到更加合适的新材料来代替铂贵重金属催化剂也至关重要,从以上两个角度出发将为直接甲醇燃料电池的商业化推广提供有效的思路。本论文从第二个角度出发,制备了钴基化合物与石墨烯复合的新型直接甲醇燃料电池催化剂,同时研究其对甲醇电催化氧化的电化学性能。     

“新型柔性锌”空气电池可编织可穿戴

正将电池制作成能弯曲、易携带的配饰,甚至编入纤维制成衣服,是否会成真?天津大学胡文彬教授、钟澄教授、邓意达教授课题组通过一种快速、简单、连续的方法制备出一种可编织的柔性线状锌一空电池;此外还设计制备了一种具有高效氧还原与氧析出催化性能的原子级厚度的介孔Co3O4/N-rGO(介孔四氧化三钴/氮掺杂氧化还原石墨烯)复合纳米片,以该复合纳米片作为催化剂的柔性线状锌一     

低聚木糖作为牺牲剂在光催化产氢中的应用

目前光催化产氢的研究主要集中于修饰和改性半导体材料来提高其光催化产氢性能。在光催化分解水产氢过程中需要添加牺牲剂甲醇来消耗掉光生空穴,牺牲剂是影响半导体光催化剂产氢性能的一个重要因素。本研究选择可再生生物质低聚木糖作为牺牲剂,探讨了其光催化产氢性能,并与常用牺牲剂甲醇进行了光催化产氢性能比较。结果表明,未负载贵金属Pt时,半导体材料TiO2和C3N4进行光催化产氢时未检测到氢气。负载质量分数1%的Pt后,半导体材料Pt-TiO2和Pt-C3N4可以作为光催化剂进行产氢,经过24 h的光催化反应,基于催化剂质量,以甲醇为牺牲剂时分别产出4298. 3μmol/g和356. 5μmol/g的氢气,以低聚木糖为牺牲剂时分别产出3054. 5μmol/g和495. 6μmol/g的氢气。低聚木糖可以作为光催化产氢的牺牲剂,尤其用作Pt-C3N4的牺牲剂时,产氢性能优于甲醇。     

Ni含量对纳米多孔PdAg催化剂电催化氧化甲醇性能的影响

采用电弧熔炼-熔体快淬法制备了AlPdAgNi前驱体合金薄带,通过脱合金法制备出不同镍含量下的纳米多孔PdAgNi催化剂,以提高燃料电池阳极催化剂Pd的催化性能,降低成本。利用SEM、TEM等手段表征样品微观形貌,并测试了其电催化氧化甲醇性能。结果表明：PdAgNi催化剂为纳米多孔结构,孔径约为5 nm;随着Ni含量的增加,纳米多孔PdAgNi系列合金样品的电催化甲醇峰值电流密度呈现出先增后降的趋势,其中Ni含量(原子百分含量)为2%时,样品的电催化氧化甲醇性能最佳。此时,纳米多孔PdAgNi催化剂活性和稳定性分别约为同等条件下纳米多孔Pd催化剂的1.3和4.5倍,商用Pd/C催化剂的5.7和13.1倍,商用Pt/C催化剂的4.6和37.8倍,并且反应动力学得到了显著的改进。     

氮/硼掺杂碳@黏土气凝胶在染料吸附中的应用

碳气凝胶具有丰富的孔结构，被广泛用于环境治理领域。为了克服碳气凝胶制备过程中收缩率大、产率低及其自身力学性能差的问题，在利用无机蒙脱土和成碳前驱体纳米纤维素共混的基础上，加入三聚氰胺甲醛树脂和硼酸交联骨架，碳化后得到氮硼掺杂碳@黏土气凝胶。采用SEM、XPS等对复合碳@黏土气凝胶的结构与性能进行表征。结果表明：氮硼掺杂能够调控碳表面电荷分布，所制备的碳@黏土气凝胶在液相介质中具有优异的机械稳定性，且吸附性能优异，对孔雀石绿染料的最大吸附量可达1 021.4 mg/g。其吸附过程符合准二级动力学方程、Langmuir等温方程，并以单分子层吸附为主。实验中所制备的改性碳气凝胶材料在染料废水脱色处理等应用具有巨大潜力。     

纤维材料在柔性可穿戴锌电池中的应用进展

为促进安全、低成本锌离子电池在柔性储能装置中的应用,以纤维材料基锌离子电池为研究对象,首先明晰了充放电过程中锌负极氧化反应及过渡金属氧化物或氧正极还原反应机制;其次探索了碳纤维、碳纳米纤维、碳纳米管纱线、金属纤维以及其他无机纤维等纤维材料,在柔性锌电池正极、负极和电解质等领域的应用研究现状,分析并类比了不同制备工艺、微结构、改性方式等对纤维基柔性电池电化学特性的调控效果,明确了影响其性能优劣的主要参数;最后提出纤维材料的结构有序化设计对于提升电池电化学性能具有显著效果,强调了天然纤维基电极材料广阔的发展前景。研究对于加速智能服装的产业化应用,助力“碳达峰、碳中和”愿景的早日实现具有积极的推动意义。     

胶原纤维基氮掺杂碳负载Ru催化二苯醚氢解

利用胶原纤维富含N元素的特点,以胶原纤维为基底,借鉴胶原纤维固化单宁法结合高温碳化,制备了基于胶原纤维的氮掺杂碳负载Ru催化剂,用于木质素催化氢解。红外光谱和X射线光电子能谱分析表明Ru通过与单宁酸的络合作用负载在胶原纤维上,经碳化后形成胶原纤维基碳负载Ru催化剂（Ru/TNC）。扫描电镜、透射电镜和电感耦合等离子体发射光谱分析表明,Ru/TNC具有较低的Ru负载量（1.14%）和丰富孔隙结构,Ru以较小的纳米颗粒形式均匀负载在碳载体表面。二苯醚氢解结果表明,相比传统浸渍法制备氮掺杂碳负载Ru,Ru/TNC具有更好的性能,其催化二苯醚氢解转化率在280℃时达100%,且产物均为小分子单体,包括苯（22.2%）、环己烷（27.8%）、环己醇（35.7%）和环己酮（14.3%）。     

燃料电池电堆2000h耐久性测试前后的催化层分析

耐久性差是制约质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化的主要因素。文章模拟实际道路工况,对燃料电池堆进行了2000h的耐久性测试,分析了第二片膜电极性能的衰退情况;利用SEM,TEM,原子吸收光谱(AAS),循环伏安(CV)等对第二片膜电极耐久性测试前后催化层及催化剂进行了表征。结果表明,经过2000小时的耐久性测试,第二片电池在800m A/cm~2时的电压下降了23%,电压衰减率达到了35.5μV/h,来自于催化剂的性能衰减主要是由于Pt/C催化剂的流失、团聚、颗粒度变大;导致其电化学比表面积减少造成的,Pt的总流失量达到了40.6%。阴极Pt的电化学比表面积下降了45.5%,阳极Pt的电化学比表面积下降了23.3%,阴极变化比阳极严重。催化层和催化剂的不稳定是导致PEMFC性能衰减、耐久性差的重要原因。     

锌空气电池隔膜的制备及发展趋势

锌空气电池是一种以锌作为阳极,氧气作为活性物质参与阴极反应的半封闭式电池。介绍了锌空气电池的工作原理和隔膜性能要求。针对存在的锌空气电池中锌枝晶、氧化锌析出等问题,从优化隔膜的角度出发,综述其现阶段的制备方法及发展趋势。     

活性炭纤维负载金属铂的制备及催化氧化甲醛

针对甲醛污染问题,研制了一种去除甲醛的催化纤维。利用硼氢化钠还原法制备了活性炭纤维(ACFs)载铂(Pt)催化剂(Pt/ACFs),采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附等温线等方法对其进行了表征。Pt/ACFs对甲醛的催化性能结果表明,Pt/ACFs对甲醛具有良好的催化氧化性能,反应9 h后甲醛的去除率可达96.5%,并将甲醛矿化为二氧化碳,且具有较好的重复使用性能。此外,Pt/ACFs在室温下同样能有效净化空气中的甲醛,并且可矿化为二氧化碳。     

SnO_2纳米粒子/氮硫共掺杂石墨烯复合材料的合成及储锂性能

文章通过混合溶剂热和高温煅烧相结合的方法制备了SnO_2纳米粒子/氮硫共掺杂石墨烯复合材料(SnO_2NPs/N,S-rGO)。利用XRD,SAED,SEM和(HR)TEM,XPS,CV和GCD等技术对复合材料的元素组成、空间结构以及电化学性能进行测试;在溶剂热过程中Sn~(4+)附着在石墨烯表面均匀生长形成SnO_2晶体;其与石墨烯牢固结合,保证材料结构的稳定性实现电子离子在材料内部快速传递。将其运用于电池其性能优异,在经过循环200次,电池具有较好的电化学性能(1282mAh g~(-1))。     

简讯

正新型柔性锌-空气电池可编织穿戴近日,天津大学胡文彬教授、钟澄教授、邓意达教授课题组通过一种快速、简单、连续的方法制备出一种可编织的柔性线状锌-空气电池;此外还设计制备了一种具有高效氧还原与氧析出催化性能的原子级厚度的介孔Co_3O_4/N—rGO(介孔四氧     

石墨烯气凝胶的制备与应用研究

石墨烯气凝胶,俗称“碳海绵”,在众多石墨烯宏观体结构中,因其具有大比表面积、低密度、高孔隙率、强吸附等特点,已经成为最具潜力的新型碳材料之一。石墨烯气凝胶体现了宏观尺度下石墨烯的优异性能,其由石墨烯纳米片经搭接、组装形成,具有连续的三维多孔网络结构。目前已开发出水热还原法、化学还原法、交联法、模板法、3D打印法等方法制备石墨烯气凝胶,并且在此基础上不断改进,得到了性能更为优异的石墨烯气凝胶,被广泛应用于超级电容器、锂硫电池、催化剂、吸附材料、传感器、保温材料等领域。     

碳包覆锡锑合金纳米纤维的制备及应用

以氧化锡锑纳米颗粒(Sn0.92Sb0.08O2.04)为前驱体,葡萄糖为碳源,用水热合成法制备碳包覆锡锑合金,然后采用静电纺丝技术制备碳包覆Sn Sb/C纳米纤维。应用透射电子显微镜、扫描电子显微镜对碳包覆锡锑合金纳米颗粒及纤维的形貌进行表征,利用X射线衍射仪分析了碳包覆锡锑合金混合纳米纤维的晶型结构。研究了碳包覆Sn Sb/C纳米纤维作为一种高容量锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明,成功制备了碳包覆锡锑合金纳米纤维;随着纳米纤维中碳包覆锡锑合金含量的增加,制备的负极材料具有较高的可逆容量及较好的循环性能。     

棉籽壳变身新型多孔碳材料

<正>原本用于饲料和食用菌培养基的棉籽壳,经过新疆科研人员施以妙手,变身为功能强大的氮掺杂多孔碳材料。来自中国科学院新疆理化技术研究所的最新消息称,由该所资源化学研究室张亚刚研究员带领的精细化工工程中心团队,选用棉籽壳为原料,成功制备出了氮掺杂多孔碳材料。这一研究成果近日在线发表在国际刊物《皇家化学学会进展》上。这种以天然植物为原料制备而成的新型材料成本较低,电化学性能较高,而且具有一定的吸附性,在能源和环保领域有广阔的应用前景。     

La掺杂改性纳米TiO_2的制备及其在O_3协同下的光催化活性

采用溶胶凝胶法制备稀土La掺杂的纳米TiO_2催化剂,在臭氧和紫外的协同下,以对氯苯酚为模型污染物,考察了催化剂的光催化性能,并以XRD,XRF,UV-Vision为表征手段对催化剂进行了表征。结果表明,随着La掺杂量的升高,纳米TiO_2晶粒尺寸逐渐减小,晶格畸变程度变大;TiO_2的催化性能随着La掺杂量的升高而升高,但过高的掺杂量反而抑制了TiO_2的催化性能,当稀土La的掺杂摩尔比在2%时,TiO_2被证明具有最佳的催化活性;La的掺杂提升了催化剂在可见光区的光利用率,减少了光生电子空穴的复合,提高了臭氧产生羟基自由基的能力,最终提升了TiO_2的催化性能。     

“解剖”电热燃料

电热燃料中除了有经燃烧而产生能量的“燃料成分”之外,还有“润滑油”以及帮助和调整燃烧的“添加剂”。成分问题燃料的成分决定了电热燃料的性能,甲醇(木精)是主要的一种成分。甲醇作为燃料有良好特性:引火点比汽油要高,安全性好,它和空气混合燃烧时,在很宽的混合比范围中都能很好