实验设计:NiFe-TiO2/CC电催化剂制备及电解水性能研究

为了开拓学生的科学视野,加深学生对于催化剂以及电催化反应的理解,设计了一个包括NiFe-TiO₂/CC电催化剂的制备及其电解水析氢、析氧性能研究的综合性实验。采用XRD、XPS和SEM等分析手段对样品的物理性质进行了表征,并考察了材料的电催化性能。通过该综合实验,学生不仅可以了解电化学相关的科技前沿,而且可以更好地掌握TiO₂及其相关催化剂的合成、电催化性能测试与分析以及相关仪器的使用操作技能,为将来从事科研或实践工作打下基础。     

Mn2Co2C/MnO异质结及其电解水综合实验设计

积极响应国家“双碳”战略,满足社会对高素质毕业生的需求,结合科学研究前沿热点领域,设计了Mn₂Co₂C/MnO异质结的可控制备及其电催化水分解性能评价的综合实验。以普鲁士蓝类似物为前驱体,高温煅烧制备了Mn₂Co₂C/MnO,借助催化剂的双组份特性实现了电催化水分解析氢和析氧性能。实验设计融合了多学科知识内容,实现了专业知识和科学研究热点领域的交叉融合,弥补了传统化学实验学科壁垒的短板,培养了学生创新潜力,提高了学生综合素养。     

综合教学实验设计:NiMoP/FF复合物的制备及性能研究

设计介绍了一个综合电化学实验——利用电沉积和气相沉积技术制备的Ni Mo P/FF电解水催化剂,并对催化剂进行了物性表征及电催化活性分析。通过开展本实验,学生初步掌握了电解水制氢的基本理论知识以及催化剂活性评价方法。该综合实验将本科生实验教学工作与科研工作相结合,培养学生团队协作意识以及创新型、批判性思维,为之后从事科研工作打下良好的基础。     

Fe-(NiSe2/Ni3Se4)@NFF电极的制备及其电解水性能研究

利用亚硒酸钠在溶剂热条件下直接对镍铁合金泡沫(NFF)进行硒化,后热处理成功制备了具有纳米结构的Fe-(NiSe₂/Ni₃Se₄)@NFF材料。没有外加金属源,将NFF作为唯一金属来源,成功制备了铁掺杂镍硒化物自支撑电极。该材料在碱性介质中对析氢和析氧均表现出优异的催化性能。若将该材料同时作为阴极和阳极驱动全解水时,仅需1.55 V的槽电势就可以到达10 mA/cm²的电流密度。该合成方法简单、操作易行、环保节能,旨在创造一种有较强本征活性和耐久性的全解水催化剂。     

Co@NF纳米线的制备及其电解水性能综合实验设计

基于实验教学理念,为创新教学实验内容以及培养学生的实践能力,本文设计了一个包括碱性水电解的双功能催化剂的制备及电解水性能研究的综合实验。首先利用水热法制备了Co@NF纳米线催化剂,其次利用SEM、XRD确定了物质的形貌及晶相结构,通过XPS分析了材料的元素及其价态信息。最后分别在三电极和两电极体系中测定了Co@NF的OER、HER及电解水的催化活性。     

Co2P4O12/NF纳米线阵列的制备与电解水性能研究

以CoCl₂·6H₂O为原料,通过溶剂热法和磷化工艺在泡沫镍表面构建Co₂P₄O₁₂阵列,Co₂P₄O₁₂纳米线直径约200 nm。采用SEM、TEM和XRD进行形貌和晶体学特性表征,并利用三电极体系在碱性环境下测量电化学性能。在析氢过程中,只需要122 mV过电位就能达到10 mA·cm^-2电流密度。析氧过程中,仅需要334 mV的过电位就能达到15 mA·cm^-2电流密度。组装的电解池在15 mA·cm^-2的电流密度下工作40 h后电解槽电压没有发生明显变化,展现出很好的稳定性。Co₂P₄O₁₂/NF是一种有潜力的双功能催化剂。     

Pt/MoC的制备及其在电解水析氢反应中的性能

以钼酸铵和氯铂酸为原料,通过原位程序升温碳化过程,合成制备了负载量不同的Pt/MoC催化剂并考察了其在电解水析氢反应（HER）中的催化性能。用XRD、BET、SEM、TEM、XPS对催化剂的微观结构及物理化学性质进行了表征。结果表明,Pt的负载改变了碳化过程碳化钼形成的拓扑结构,Pt负载后的样品更容易形成α-Mo2C相。Pt的负载量对碳化钼催化剂在HER反应中具有显著的影响,1.6Pt/MoC催化剂表现出最优催化效果（过电势ηonset= 108 mV,塔菲尔斜率b = 74 mV/dec）及较低的阻抗（18.77 Ω）,可以与商业Pt/C催化剂相媲美。     

钼基催化剂的控制合成及电解水性能分析

文章针对钼基催化剂进行合成制备与电解水性能展开分析。通过实验方式,制备前驱体与催化剂,通过各类表征分析方式,如XRD、FT-IR等,以及性能测试得出,在800℃温度进行磷化处理的样本,拥有相对更大的比表面积以及孔径,催化活性与稳定性均较好。     

综合实验设计:NiFe LDH/TiO2的制备及电解水性能测试

设计介绍了一个包括NiFe LDH/TiO₂纳米片制备及其析氢、析氧反应电催化活性评价的综合性电化学实验。通过开展本实验,学生能够学习利用电化学沉积方法制备电催化剂的技术;初步掌握利用循环伏安、塔菲尔曲线等电化学测试技术对析氧、析氢反应活性进行评价的方法;理解电解水制氢过程中涉及到的基本理论知识。本实验将引导学生关注绿色可再生能源的开发及应用,提升学生分析解决科研问题的能力和基本素养。     

二维多孔NiCoS催化剂的制备及其电解水析氧性能

开发低成本、高活性和高稳定性的非贵金属催化剂对电解水析氧反应(OER)具有重要意义。以双金属NiCo-MOF为前驱体、硫代乙酰胺为硫原,制备出二维多孔双金属NiCoS纳米材料。采用SEM、TEM、XRD和XPS分析所合成材料的形貌、结构;利用电化学工作站研究其电解水析氧性能。结果表明调整水热硫化时间可以调控NiCoS纳米片的孔结构,其中二维多孔NiCoS-6催化剂在1.0 mol/L氢氧化钾电解质中的电解水析氧性能较好,电流密度为50 mA·cm^-2时,过电位仅为344 mV。     

Pd/WS2二维复合材料的制备及电解水制氢性能研究

首先通过锂离子插层制备了薄层WS_2纳米片,并采用软模板法在纳米片上负载了Pd纳米颗粒,得到Pd/WS_2复合材料。X射线衍射光谱(XRD)和透射电子显微镜(TEM)的结果表明Pd颗粒均匀地负载在了WS_2纳米片上。随后在H_2SO_4水溶液中对该复合材料进行电解水析氢性能测试,线性扫描伏安法(LSV)结果表明:复合材料的析氢起始电位为155 mV,塔菲尔斜率为121.79 mV·dec~(-1),总体催化性能相比于单纯的WS_2纳米片和Pd金属颗粒有很大的改善,也优于当前商用的Pd/C催化剂。采用循环伏安法(CV)测试其稳定性,结果表明Pd/WS_2复合物电极具有优良的电催化析氢稳定性。     

钼钴二元硫化物制备及其电解水性能研究

为提升硫化钼全解水的催化能力,采用一步电沉积的方法在镍钴氧化物（NCO）基底上成功制备了钼钴二元硫化物复合电极,研究了添加剂、钼钴物质的量比和沉积时间对电极电催化性能的影响。实验结果表明,采用氟化铵作为添加剂、钼钴物质的量比为5∶7且沉积时间为750 s时,制备的Mo₅Co₇S_x@NCO-750电极具有最佳电催化活性,其析氢反应（HER）过电位和Tafel斜率分别为115 mV和67 mV/dec,析氧反应（OER）过电位和Tafel斜率分别为259 mV和42 mV/dec,全解水时槽压为1.61 V。复合电极电催化性能的提升一方面得益于钴的引入,在硫化钼中形成了高导电性和高催化活性的异质界面,另一方面材料中还存在丰富的具有优异电催化活性的缺陷位点。     

碱性电解水制氢催化剂的研究现状与进展

与可再生能源相结合的电解水制氢是绿氢生产的主要技术路线,在“双碳”目标的驱动下,这一绿色科技有望成为能源变革的核心,也是清洁能源版图中的重要一环。碱水电解制氢技术发展最为成熟、商业化程度最高,是电解水市场的重要组成部分。电解槽作为电解水技术的关键设备,其技术发展程度影响着绿氢规模化发展进程,而高效稳定的电催化剂是碱水电解槽性能提升的关键。文章综述了碱性电解水的反应原理以及近年来阴极和阳极电催化剂的研究进展,对碱性电解水技术发展面临的关键问题和解决思路进行了分析和展望。     

钯/纳米石墨片复合材料的制备及其对甲醇的电催化性能

用改进的Hummers方法和机械剥离法制备纳米石墨片,以硼氢化钠为还原剂,采用一步法制备蠕虫状Pd纳米颗粒/纳米石墨片。结果表明这种新型的纳米石墨片的制备方法简单快速、温和高效。11.5 nm的Pd纳米颗粒能良好地分散在纳米石墨片上,且复合材料在碱性条件下对甲醇具有良好的催化活性和抗毒化性能,比相同条件下制备出的Pd负载在传统的改进Hummers方法制备的氧化石墨烯和商业炭黑Vulcan XC-72的催化性能更佳。     

碳纳米管负载NiFe催化剂的制备及析氧性能研究

以碳纳米管(CNT)为前驱体,通过改变在水热釜中的反应时间、温度及NiFe双层氢氧化物的负载量制备不同的NiFe/碳纳米管复合电解水催化剂,将碳纳米管独特的中空微观结构、高比表面积、高导电性与NiFe催化剂的高催化活性相结合,制备了一种高效率纳米复合电解水催化剂。利用扫描电镜、电化学分析、激光拉曼、X射线衍射等分析方法研究反应温度、时间和NiFe负载量对NiFe/碳纳米管复合催化剂的析氧性能(OER)影响,结果表明,反应温度为150℃、反应时间为8 h下制备的NiFe/碳纳米管复合催化剂的电催化析氧活性最高。     

复合型反蛋白石结构制备及电催化氧还原研究——一个研究型综合实验设计

设计了一个与科研工作紧密相关的综合性实验。通过硬模板法和催化自生长法制备含钴碳纳米管原位嵌入的复合型反蛋白石结构,利用SEM、TEM、XRD、XPS等对催化剂的形貌结构进行表征,并采用线性扫描伏安、塔菲尔曲线等手段对其氧还原电催化活性进行评价。本实验的开展及文献调研,将提高学生对电催化相关新能源材料与设备的认识,发展学生对组分-结构-性能关系的科学思维与认知。     

电沉积钴硒化合物及其电解水析氢性能的研究

本文以CoCl·6H₂O、SeO₂为主盐,在铜箔上电沉积CoSe化合物。研究主盐浓度、沉积电势对CoSe化合物电解水析氢性能的影响。扫描电子显微镜测试表明,电沉积的CoSe化合物具有超薄的纳米片形貌;X射线衍射测试表明,CoSe化合物具有立方体硒钴矿结构。CoSe化合物表现出较优的氢析出活性,在电流密度为10m A·cm^-2时,对应的析氢过电势为244m V。     

MoS2@CP纳米片制备及其电催化产氢性能的研究

MoS2由于其优越的电催化产氢性能而引起关注,由于团聚和电导性较差导致其催化性能被阻碍.研究了碳纸上垂直生长的MoS2纳米片.通过水热和高温碳化的方法合成了MoS2@CP纳米片.合成的MoS2@CP提高了MoS2电导率,减少了坍塌,从而提高了其电催化性能.MoS2@CP的塔菲尔斜率为73.74 mV/dec,起始电压为77.9 mV,电流密度为10 mA·cm-2时的过电压为-118.6 mV,经过1000次循环,在0.5 mol/LH2SO4中,MoS2@CP具有优越的稳定性.     

纳米纤维素负载纳米金的制备及其催化性能研究

以高碘酸钠氧化纳米纤维素(NC)制备得到双醛基纳米纤维素(DNC),并以DNC为还原剂和负载体,制备得到NC负载纳米金催化剂。并通过UV、FT-IR、XRD、XPS及TEM对催化剂合成条件、化学结构、晶型结构、纳米金在纤维素载体表面的价态及大小分布等进行了表征。结果显示金离子90℃下9 h后基本被DNC完全还原为单质金;且纳米金粒子均匀分布在NC上,粒径在40 nm左右。以硼氢化钠还原4-硝基苯酚(4-NP)反应作为模型来研究纳米纤维素负载纳米金的催化性能,研究显示55 min后4-NP转化率可达94%,其催化速率常数为0.073 min~(-1)。     

TiOF2纳米催化剂的制备及催化臭氧氧化性能

以钛酸丁酯、氢氟酸为主要原料,通过水热法制备了纳米Ti OF₂臭氧氧化催化剂。利用XRD、FT-IR、SEM、XPS对合成的样品进行表征,苯胺作为目标污染物进行催化性能测试。成功制备了球花状Ti OF₂纳米催化剂,其粒径为180～200 nm,比表面积为105.38 m²/g。碱性环境可以促进反应进行,OH^-可以使反应正向进行促进污染物降解,过量的催化剂不利于反应进行,催化剂投加质量浓度高于0.6 g/L时会因团聚导致降解率下降。在催化剂投加质量浓度为0.6 g/L,初始COD为250 mg/L,臭氧流量为0.1 L/min,p H=10时,反应80 min后,降解率达到了98.83%。球花状Ti OF₂由纳米片拼插形成,这种结构为催化剂提供了复杂的表面,使催化剂具有较大的比表面积,暴露更多的活性位点,为反应提供更多的反应场所。F^-使催化剂中生成氧空位和Ti³⁺,更利于吸附H₂O形成表面—OH基团,便于吸附解离水...