Pt/WC-CNTs催化剂的制备及其对氧还原的电催化性能

通过表面修饰和还原碳化技术制备了以WC为主相的碳化钨/碳纳米管材料（WC-CNTs）,并进一步采用微波多元醇法载铂制备复合催化剂Pt/WC-CNTs。该催化剂相比于Pt/CNTs催化剂,具有更低的过电位、更大的电流密度和交换电流密度,且具有更小的电荷转移电阻和更好的氧还原选择性,显示了优异的氧还原电催化性能。XRD结果表明催化剂由多晶面的WC、Pt晶粒和CNTs组成,TEM和HRTEM显示细小的Pt颗粒均匀地分布在WC-CNTs表面。Pt颗粒和WC颗粒紧密接触,这有利于它们之间的催化协同效应,从而大大增强了Pt的氧还原催化活性。旋转圆盘电极研究结果表明Pt/WC-CNTs催化剂对氧还原反应为直接四电子过程。碳化钨/碳纳米管载铂催化剂性能优异、成本较低,在燃料电池阴极催化剂的研究应用中具有良好的发展前景。     

氮掺杂石墨烯/多孔碳复合材料的制备及其氧还原催化性能

采用简单、无模板的方法制备了氮掺杂多孔石墨烯/碳复合材料(NPGC)。采用SEM、XRD、Raman、XPS等分析手段对NPGC的形貌、组成以及结构进行了表征，利用旋转圆盘电极技术测试了其电催化氧还原反应(ORR)活性。结果表明，葡萄糖在水热后生成的碳与石墨烯成功复合，并在950℃炭化、活化后形成了相互渗透、结构良好的三维片状多孔网络结构；其氮含量高达9.47%。NPGC作为一种高效的非金属ORR电催化剂，在碱性溶液中具有较高的起始电位[0.87 V(vs RHE)]和较大的极限电流密度(4.7 mA?cm^?2)，以及其ORR平均转移电子数为3.8。与商业Pt/C催化剂相比，NPGC具有较强的耐甲醇性和长期耐久性，且制备成本较低，具有广阔的应用前景。     

Co-Fe-Pd纳米粒子的可控制备及其氧还原催化性能

以Co(COOH)₂、FeCl₃和PdCl₂为原料,柠檬酸为稳定剂,乙醇为加速剂,采用超声辅助制备Co-Fe-Pd金属纳米粒子,并评估其氧还原反应(ORR)电催化性能。研究结果表明,Co-Fe-Pd金属纳米粒子平均粒径约3～5 nm,由于Co、Fe固溶于Pd晶格,使Co-Pd、Fe-Pd和Co-Fe-Pd纳米粒子仅显示Pd衍射峰,且伴有不同程度的宽化;相比于Co-Fe、Fe-Pd或Co-Pd纳米粒子,三元Co-Fe-Pd晶格压缩更为明显,晶格缺陷诱使的活性位点增加,氧还原催化能力增强;其氧还原起峰电位为1.03 V(vs RHE),Tafel斜率为?87 mV/dec,可与商用Pt/C催化剂相媲美;氧还原过程中电子转移数为3.80±0.04,说明其主导四电子转移路径;此外,RRDE结果显示氧还原过程中的中间产物H₂O₂含量约10%。     

维他命C绿色还原制备石墨烯/Pt复合材料

以氧化石墨和氯铂酸作为初始反应物,采用环境友好型还原剂Vitamin C,绿色还原制备了石墨烯/Pt(GNS/Pt)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(RS)等分析手段对石墨烯/Pt样品进行了表征。结果表明:氧化石墨还原彻底,铂离子和氧化石墨在反应过程中同时被Vitamin C还原,样品的无序度增加,平均晶粒尺寸逐渐减小,Pt粒子的大小和分布受氯铂酸用量的影响,在一定的铂离子浓度下,粒径为7~10 nm的铂纳米粒子均匀分布于石墨烯片层之间,有效地减少了石墨烯片层间的团聚现象。此外,GNS/Pt可稳定分散于水、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等多种溶剂中,且导电率高达12630 S?m?1。     

助剂Ba对Pd/Al_2O_3和Pt/Al_2O_3催化剂的C1-C3烷烃催化燃烧性能的影响

通过浸渍法制备了Al_2O_3负载的Pd和Pt催化剂,考察催化剂的甲烷、乙烷和丙烷催化燃烧活性,以及助剂Ba对催化性能的影响。对于Pd/Al_2O_3催化剂,加入Ba使活性物种PdO颗粒变大和还原温度升高,形成更稳定的PdO活性物种,是Pd-Ba/Al_2O_3催化剂活性提升的主要原因。对于Pt/Al_2O_3催化剂,加入Ba助剂使活性物种Pt0含量降低,PtO_x与Al_2O_3载体相互作用增强,使PtO_x物种更难被还原为Pt~0,导致Pt-Ba/Al_2O_3催化剂活性降低。Pd和Pt催化剂催化烷烃氧化反应活性规律一致:丙烷乙烷甲烷。Pd/Al_2O_3催化剂有利于C—H键活化,Pt/Al_2O_3催化剂有利于C—C键活化。Pt/Al_2O_3催化剂对C1-C3烷烃氧化活性的差别明显大于Pd/Al_2O_3催化剂。Pt/Al_2O_3催化剂对碳比例高的烷烃活性更高。     

新型CdS/TiO_2纳米复合材料的制备及其可见光催化性能研究

采用浸渍法和水热法相结合制备了新型的CdS/TiO_2纳米复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、UV-Vis吸收光谱(UV- VIS)、电子自旋共振谱(ESR)等对样品进行了表征,XRD、TEM表明所制备的新型CdS/TiO_2粒径小、分散均匀,TiO_2以锐钛矿型存在,CdS以高分散的立方相和六方相存在,对比直接法制备的CdS/TiO_2,新型的CdS/TiO_2对活性艳红X-3B具有明显提高的可见光催化活性;大量的束缚单电子氧空位及电子之间强相互作用是新型CdS/TiO_2可见光催化活性提高的主要原因.     

Pt/Pd催化燃烧催化剂处理含苯系物废气技术研究

采用Pt/Pd催化燃烧催化剂对含苯系物的有机废气进行了处理.通过对单组分和多组分关键污染物模拟废气的催化燃烧考察实验表明,Pt/Pd催化剂对含苯系物有机废气中各关键污染组分具有较强的脱除效果.在反应器人口温度250℃,空速20 000 h-1的条件下,污染物去除率达到97％以上.净化后气体符合国家排放标准.     

PAMAM/羧基化石墨烯/Co纳米复合材料的制备及其催化性能研究

以Hummers法合成氧化石墨,并制备羧基化石墨烯。采用化学交联法将聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM4.0G)修饰羧基化石墨烯,获得PAMAM羧基化石墨烯模板,以硼氢化钠作为还原剂,制得PAMAM/羧基化石墨烯/Co纳米复合材料。利用FTIR、X-Ray、TEM和TG等进行结构表征,结果发现,形成的Co纳米粒子尺寸大小均匀,具有良好的分散性。另外,通过对4-硝基苯胺的水溶液催化降解实验,4-硝基苯胺的水溶液催化分解可用紫外-可见光谱仪连续测定。结果发现,PAMAM/羧基化石墨烯/Co纳米复合材料在不加其他试剂情况下,常温室内对4-硝基苯胺的水溶液降解具有高的催化性能。     

PAMAM/羧基化石墨烯/Co纳米复合材料的制备及其催化性能研究

以Hummers法合成氧化石墨,并制备羧基化石墨烯。采用化学交联法将聚酰胺-胺树状大分子(PAMAM4.0G)修饰羧基化石墨烯,获得PAMAM羧基化石墨烯模板,以硼氢化钠作为还原剂,制得PAMAM/羧基化石墨烯/Co纳米复合材料。利用FTIR、X-Ray、TEM和TG等进行结构表征,结果发现,形成的Co纳米粒子尺寸大小均匀,具有良好的分散性。另外,通过对4-硝基苯胺的水溶液催化降解实验,4-硝基苯胺的水溶液催化分解可用紫外-可见光谱仪连续测定。结果发现,PAMAM/羧基化石墨烯/Co纳米复合材料在不加其他试剂情况下,常温室内对4-硝基苯胺的水溶液降解具有高的催化性能。     

铁/钴质量比对MWCNT-聚苯胺复合物氧还原电活性的影响

中心金属离子在非贵金属C-N复合物对氧还原反应（ORR）的电催化活性方面有重要作用。通过将含有多壁碳纳米管（MWCNTs）、聚苯胺与过渡金属Fe和Co的前驱体在N₂气氛下于900℃下加热,得到了不同金属比例的C-N催化剂。采用SEM、XRD等对催化剂的结构进行了表征。利用电化学伏安技术,研究了催化剂对ORR的电催化活性及其稳定性。结果表明,当Fe与Co质量比为6：1时催化剂的催化活性最好,在酸性溶液中ORR起始电位达到0.52 V（vs SCE）,电流密度为12.5 mA·mg^-1@-0.3 V （vs SCE）;在碱性溶液中ORR 起始电位为-0.09 V（vs SCE）,电流密度为7.8 mA·mg^-1@-0.8 V （vs SCE）。结果表明,催化剂中Fe与Co的质量比对催化剂的活性有很大影响。     

杂原子掺杂碳基氧还原反应电催化剂研究进展

氧还原反应（ORR）是质子交换膜燃料电池和金属空气电池等清洁能源转化技术中的关键步骤,但其反应能垒高,动力学缓慢。目前,氧还原性能最佳的催化剂仍然是已经商业化的碳载铂（Pt/C）催化剂,但其价格高、资源储量低,难以大规模应用。因此,近年来许多研究者致力于探寻低成本高性能非铂ORR催化剂,以期降低催化剂成本,推进质子交换膜燃料电池和金属空气电池的商业化进程。杂原子掺杂碳材料属于一种新型的非贵金属ORR催化剂,具有优异的电化学性能且成本低廉,显示了广阔的应用前景。以杂原子的不同作用原理为线索综述最近几年杂原子掺杂碳基ORR催化剂的研究进展,着重论述杂原子对于碳材料电子结构的影响,并讨论了杂原子掺杂碳材料催化剂面临的问题以及发展趋势。     

超薄钯铜纳米片组装纳米花的构建及其氧还原性能

在原子水平上精确调控电催化剂的组成是增强其氧还原（ORR）性能的有效途径。本文采用简单的一步溶剂热还原法制备了由不同PdCu组成的超薄双金属纳米片自组装而成的三维（3D）合金纳米花（Pd₁Cu_x NCFs）。利用透射电子显微镜（TEM）、扫描透射电子显微镜-能谱仪（STEM-EDS）、X射线粉末衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）等手段系统表征了Pd₁Cu_x NCFs的形貌、晶体结构及成分。相比于传统二维（2D）纳米材料,Pd₁Cu_x NCFs丰富的快速传质路径、较高的Pd原子利用效率和更强的PdCu双金属间协同作用使得其在碱性介质中表现出增强的ORR性能。另外,本文还研究了Pd、Cu前体用量对ORR性能的影响。结果显示,Pd、Cu前体摩尔比为1∶0.5时,催化剂（Pd₁Cu_0.5NCFs）在碱性介质中ORR活性和电化学稳定性最佳。其半波电位E_1/2（0.937V）远高于商业Pt/C（0.851V）;在加速循环1000次扫描后,E_1/2几乎没有变化,说明其稳定性优异;0.90V电势下,Pd₁Cu_0.5 NCFs的质量比活性为1.09A/mg,是商业Pt/C的14.5倍。     

Recent advances in platinum monolayer electrocatalysts for oxygen reduction reaction: Scale-up synthesis, structure and activity of Pt shells on Pd cores

We have established a scale-up synthesis method to produce gram-quantities of Pt monolayer electrocatalysts. The core-shell structure of the Pt/Pd/C electrocatalyst has been verified using the HAADF-STEM Z-contrast images, STEM/EELS, and STEM/EDS line profile analysis. The atomic structure of this electrocatalyst and formation of a Pt monolayer on Pd nanoparticle surfaces were examined using in situ EXAFS. The Pt mass activity of the Pt/Pd/C electrocatalyst for ORR is considerably higher than that of commercial Pt/C electrocatalysts. The results with Pt monolayer electrocatalysts may significantly impact science of electrocatalysis and fuel-cell technology, as they have demonstrated an exceptionally effective way of using Pt that can resolve problems of other approaches, including electrocatalysts’ inadequate activity and high Pt content.     

氮掺杂科琴黑碳材料的制备及 电催化氧还原性能研究

氮掺杂碳材料是一种有应用前景的电催化氧还原催化剂。以尿素和三聚氰胺作为氮源,在氮气气氛下高温焙烧,制得两种氮掺杂科琴黑碳材料并将其用于电催化氧还原反应。使用X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、比表面物理吸附分析仪等对氮掺杂前后的科琴黑的结构和形貌进行了分析。结果表明：氮掺杂之后科琴黑仍保持石墨结构,其形貌和比表面积均无明显改变。在XPS谱图上,氮掺杂后科琴黑上存在氮元素,其中以三聚氰胺为氮源比以尿素为氮源更容易得到吡啶氮。通过循环伏安法和线性扫描伏安法研究了3个样品的电催化氧还原性能。结果表明：氮掺杂能明显提高科琴黑的电催化氧还原性能,未掺杂的 科琴黑（AC）的半波电位为0.746 V,而以尿素和三聚氰胺为氮源掺杂后的科琴黑碳材料的半波电位分别提高到了 0.756 V（尿素-N/AC）和0.786 V（三聚氰胺-N/AC）。     

Multivalent manganese oxides with high electrocatalytic activity for oxygen reduction reaction

A noble-metal-free catalyst based on both Mn₃O₄ and MnO was prepared by using the dielectric barrier discharge technique at moderate temperature. The prepared catalyst shows a higher electrocatalytic activity towards the oxygen reduction reaction than the catalyst prepared by using the traditional calcination process. The enhanced activity could be due to the coexistence of manganese ions with different valences, the higher oxygen adsorption capacity, and the suppressed aggregation of the catalyst nanoparticles at moderate temperature. The present work would open a new way to prepare low-cost and noble-metal-free catalysts at moderate temperature for more efficient electrocatalysis.

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Reduction of NO by H2 and CO on Pt/TiO2/SiO2

Different catalysts based on platinum and a silica, titania or mixed titania/silica support were studied in NO reduction reactions by CO and H₂ in the temperature range of 25–400C. The mixed oxide catalysts showed considerably lower onset temperatures in NO/CO reactions but this coincided with a maximum in N₂O formation. In NO/H₂ reactions all titania containing catalysts produced more N₂O than silica supported platinum at low temperatures but were more selective to N₂ at high temperatures.