硼氮双掺杂提升碳点电催化氧还原活性研究

碳点(CDs)因其较大的比表面积和较快的电子转移特性,已成为能量转换应用领域一种新兴的纳米炭材料.本文以低成本的石油焦为原料,通过简便的一步电化学刻蚀方法制备了硼氮双掺杂碳点(BN-CDs).与单掺杂碳点B-CDs和N-CDs相比,双掺杂BN-CDs表现出更优异的四电子氧还原电催化活性,具有更正的起始电位(Eonset...     

氮掺杂再生活性炭的制备及电催化氧还原反应性能研究

为解决危废活性炭传统回收方式带来的资源浪费和环境污染等问题,本工作以抗生素脱色废活性炭为原料、氨气为氮源,采用高温热解再生法将氮元素通过sp²杂化键合进入到活性炭骨架中,制备了氮掺杂再生废活性炭氧还原反应(ORR)催化剂,分析了氮掺杂再生活性炭的物相组成、微观形貌、电化学性能。结果表明,当温度为1 000℃、退火时间为1 h时,所制备的N-RWAC-1000-1氧还原电催化性能最佳。N-RWAC-1000-1具有丰富的微孔和介孔结构,比表面积可达908 m²/g,在碱性介质中的起始电位为0.92 V(vs.RHE),半波电位为0.82 V(vs.RHE),均接近商业20%(质量分数)的铂碳催化剂。此外,氮掺杂再生炭拥有优于商业化铂碳的循环稳定性和甲醇耐受性,有望成为新的氧还原催化剂以期为抗生素脱色废活性炭的高值化利用提供了新的方向。     

氮掺杂稻壳基多孔炭的制备及其氧气还原反应的电催化性能（英文）

本文发展了一种氮掺杂稻壳基多孔炭(N-RHPC)的制备方法,即将RHPC在氨气氛围下进行高温处理,操作简单,有利于大规模制备。结果表明,N-RHPC的介孔体积、石墨化程度明显提高,XPS N 1s谱证实了N原子在RHPC结构上的有效掺杂。N-RHPC作为ORR电催化剂具有与商用Pt/C接近的电催化活性,并具有较好的稳定性以及耐甲醇毒性,这主要是由于氨气氛围下对RHPC的高温处理使N原子进入RHPC中而引入了大量的催化位点所致。N-RHPC制备方法简单,性价比高,作为电催化剂具有很好的应用前景。     

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...     

氮掺杂空心碳纳米球嵌入氮掺杂石墨烯负载钯纳米粒子作为甲酸氧化的高效电催化剂（英文）

低成本、高活性、耐久性好的高效电催化剂对直接甲酸燃料电池的应用起着至关重要的作用。本文采用简单经济的方法,研究了以三维层状多孔结构嵌入氮掺杂石墨烯(NG)的氮掺杂空心碳纳米球(NHCN)负载Pd纳米粒子作为直接甲酸燃料电池催化剂。由于具有独特的氮原子掺杂三维互联层状多孔结构,Pd纳米颗粒尺寸较小的Pd/NHCN@NG催化剂具有较大的催化活性表面积、优越的电催化活性、较高的稳态电流密度和较强的抗CO中毒能力,明显超过传统的Pd/C、Pd/NG和Pd/NHCN催化剂对甲酸电氧化的催化性能。通过优化HCN/GO比,当HCN/GO质量比为1∶1时,Pd/NHCN@NG催化剂对甲酸的催化氧化性能最佳,其活性是Pd/C的4.21倍。本工作开发了一种优越的碳基电催化剂载体材料,为燃料电池的发展带来了广阔的应用前景。     

等离子体制备的具有优异甲醇氧化电催化活性的Pt-Ni/N掺杂还原氧化石墨烯（英文）

贵金属铂是目前应用最广泛、最有效的催化剂之一,但其储量有限、价格昂贵、易中毒失去催化活性等缺点限制了它的应用。为了解决这些问题,研究人员提出了许多材料改进策略,如改变铂颗粒的大小和分布、控制铂的晶面、制造催化剂表面缺陷等以提高铂的利用率和催化活性。此外,铂基双金属催化剂也被证明是一种降低铂负载量非常有效的方法。基于双功能机理和电子效应,两种金属间存在协同作用,首先第二组分金属的存在可以使水在较低的电位下形成?OH中间体,从而更容易氧化和去除CO中间体。同时,电子从第二种金属转移到铂覆盖层,有效地降低了铂d带中心位置,减弱了铂与CO的相互作用,从而有效地增强了铂基双金属催化剂的抗中毒性。在常用的双金属催化剂中,PtNi催化剂因其成本低、催化活性高、稳定性好而受到广泛关注。此外,石墨烯作为一种独特的二维材料,由于其独特的电学性质、大的比表面积、良好的物理化学稳定性,是作为催化剂载体的理想材料。氮掺杂石墨烯是获得更好催化剂性能的有效途径。氮掺杂石墨烯可以有效改善材料的电子特性,并为催化剂颗粒的均匀分散提供更多锚定位点。更重要的是,氮掺杂石墨烯由于氮的引入增加了电子密度,从而加强了金属和载体之...     

金属掺杂聚吡咯碳化物PPY-M的制备及其氧还原反应电催化活性

在Fe³⁺或Co²⁺存在下进行吡咯的聚合反应, 得到金属离子掺杂的聚吡咯, 并在N₂气氛下700℃碳化, 再将该碳化产物在900℃焙烧得到含有不同金属的复合催化剂PPY-M(M为不同的金属)。采用SEM、XRD等对催化剂的结构进行了表征。通过循环伏安和线性电位扫描等电化学手段, 研究了催化剂对氧还原(ORR)的电催化活性及其稳定性。结果表明, 掺杂金属钴的催化剂的活性最好, 在酸性溶液中ORR的起始电位达到0.54 V(vs SCE),电流密度为7.5 mA/mg@-0.3 V(vs SCE); 在碱性溶液中ORR的起始电位为-0.11 V(vs SCE),电流密度为5.7 mA/mg@-0.8 V。Fe或Co掺杂的聚吡咯碳化物对ORR具有较强的电催化活性, 而且制备过程简单、成本低, 有较重要的研究意义。     

用于电催化合成过氧化氢的碳电极综述（英文）

通过双电子(2e^-)途径的电催化氧还原方式能够即时合成过氧化氢(H₂O₂),远超传统的蒽醌工艺。近年来,碳电极因具有良好的催化效果和优越的稳定性在电催化合成H₂O₂方面受到越来越多的关注。本综述结合材料改性与润湿性调整,从三相界面的角度考虑与H₂O₂合成速率及使用寿命的关系。介绍了碳电极的结构与电催化合成H₂O₂的原理,包括单质炭材料、无金属催化剂、贵金属催化剂与非贵金属催化剂4种主流催化剂;金属阳极与电解液对于三相界面的影响;碳电极润湿性与三相界面的关系,指出侧重于提高2e-途径选择性的改性方式也会对电极润湿性造成影响。此外,合理地设计电器原件与提升碳电极合成H₂O₂功效的关系。最后,讨论了当前碳电极电催化合成H₂O₂所面临的问题与未来的研究方向。     

氮掺杂石墨烯@碳纳米纤维的原位制备及其电催化氧还原性能

结合静电纺丝和热处理技术, 在含钴碳纳米纤维上原位生长了氮掺杂石墨烯, 制备了三维互通纤维网结构。研究了钴含量对产物氧还原活性的影响。结果表明: 氮掺杂石墨烯的生成和钴的引入均显著提高了电催化活性。纺丝液中六水合硝酸钴与聚丙烯腈的质量比为1: 10时, 获得的催化剂活性最优, 起始电势为0.84 V(vs RHE), 反应为近四电子路径, 具有比铂碳更好的稳定性和耐甲醇毒化能力。三维互通结构促进了电子和质子传输, 并能提供更多的活性位点, 提高电催化活性。这种方法也可用于设计其它三维互通的纤维复合物, 在能源与环境领域具有更广泛的应用前景。     

硼含量对碳硼化合物结构、力学影响行为研究（英文）

利用低压化学气相沉积技术,以BCl_3-C_3H_6-H_2为反应气体制备了不同掺硼量的热解碳薄膜B_xC_(1–x)(x=0.05,0.10,0.16,0.30,0.50),并研究了硼含量对BxC1–x微观结构及力学性能的影响。B0.1C0.9展现了高度结晶的类石墨结构,其中大部分B取代石墨层中的C。随着B含量上升,B主要形成B–C键,B_xC_(1–x)结构向无定型转变。纳米压痕测试结果显示,B0.1C0.9的弹性模量和硬度较低,载荷位移曲线显示其力学变形接近弹性变形,随着B含量增加,碳化硼生成量增加,其弹性模量和硬度显著提升,载荷位移曲线表现出典型的脆性材料力学行为。     

铕离子掺杂氧氮玻璃陶瓷的制备及其发光性能（英文）

制备了铕离子掺杂氧氮玻璃陶瓷,研究了该玻璃陶瓷的发光性能。X射线衍射结果表明玻璃基质中析出了CaAl2Si2O8,Ca2Al2SiO7和Y20Si12O48N4等晶体。随着Si3N4成分的增加或热处理的进行,玻璃陶瓷中一些Eu3+离子被还原成Eu2+离子。我们认为Eu3+被还原为Eu2+主要源自于6Eu3++2N3-→6Eu2++N2↑氧化还原反应,或者源自于析出的CaAl2Si2O8和Ca2Al2SiO7晶相中Eu3+对Ca2+的取代。玻璃陶瓷除了产生类似于玻璃中三价Eu3+离子f-f跃迁的橘红色发光外,还出现了源自于d-f跃迁的Eu2+离子超宽带蓝绿色发光。因此,玻璃陶瓷中Eu3+离子的橘红色发光和Eu2+离子的蓝绿色发光混合产生了白色发光,具有更高的发光强度和白光显色指数,在LED照明领域展示出很好的潜在应用前景。     

多孔碳质材料在氧还原电催化中的应用

氧气的电化学还原(氧还原)反应是多种能量存储与转化装置中的关键电化学步骤,氧还原的难易程度决定了这些装置综合性能的好坏。氧还原反应自身的动力学过程缓慢,通常需要催化剂来提高反应速率。碳质材料在其中发挥着非常重要的作用,常见氧还原催化剂铂、钯等贵金属及近期出现的多种非贵金属,大多是负载于各种纳米碳质材料或直接利用掺杂纳米碳质材料作为催化剂,包括各种多孔炭或基于多孔炭的材料。因此,多孔碳质材料的发展对于氧还原催化剂的研究与发展起到了促进作用。本文从多孔碳质材料制备手段出发,论述了多孔碳质材料在氧还原反应的作用,涵盖了贵金属催化剂载体到非(贵)金属催化剂等方面的研究进展。与此同时,对新型碳质材料调控多孔结构的方法加以阐述,并对未来新型多孔碳质材料用于氧还原催化剂的前景和方向进行了展望。     

自组装合成金属-氮共掺杂多孔碳球及电催化氧还原性能研究

通过无模板自组装法与自牺牲制孔方式相结合,制备金属-氮(M-N)原位共掺杂的多孔碳球材料(M/N-CS,M=Cu、Fe或Ni)。该方法通过二苯碳酰二肼、金属离子与糠醛自组装形成聚合物球,在碳化过程中球体中不稳定的含氮微区分解形成多孔结构,同时原位形成具有高催化活性的M-N_X活性位点。通过控制金属源和多重反应条件,既能保证碳化阶段碳球结构的稳定,又可实现材料的孔隙率、孔径及形貌的灵活变化。利用SEM、TEM、XRD、物理吸附及XPS测试分别对材料的结构和掺杂进行分析。所得材料用于电催化氧还原测试,其中Fe/N-CS材料的催化反应初始电位和半波电位分别为0.91V和0.79V(vs.RHE),并以4e^-转移方式进行反应。同时,催化材料表现出远高于商业Pt/C催化剂的稳定性与耐甲醇性。     

简便的碳浴法制备N,S共掺杂类石墨烯炭提高氧还原反应性能（英文）

合理设计和优化氧还原反应(ORR)非金属电催化剂对于燃料电池和金属空气电池非常重要。然而,这现在仍然是一个巨大的挑战。本工作通过简单的碳浴法成功制备了N,S共掺杂的类石墨烯炭材料(GLC),并将其用于电催化氧还原反应。经高温热解和模板分解后,得到的GLC-11具有较高的比表面积(583.68 cm2/g)和孔体积(0.63 cm3/g)。其中,微孔表面积占总表面积的29.39%,微孔体积占总孔体积的12.70%。同时,通过XPS结果计算得到,GLC-11的吡啶氮和石墨氮含量总和高达92.2%。因此,GLC-11在碱性电解液中显示出了高电催化ORR性能,其中波电位(E1/2)为0.82 VRHE,优于Pt/C(E1/2=0.80 VRHE)。此外,GLC-11催化剂与商业Pt/C(20 wt%)催化剂相比表现出更好的稳定性和优异的甲醇耐受性。     

氮掺杂TiO2纳米管电极制备及可见光电催化活性

采用氮气中500℃和600℃热处理由阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列,制备了氮掺杂TiO2纳米管阵列电极.分别用环境扫描电镜(ESEM)、X射线光电子能谱(XPS),X射线衍射(XRD)和紫外可见漫反射吸收光谱对电极进行了表征.结果表明氮成功地掺入TiO2纳米管中.氮的引入使所制备的电极表现出可见光电催化活性,其中氮气中500℃下热处理得到的TiO2纳米管阵列电极表现出最好的可见光电催化活性.     

氮掺杂活性炭及其载铂催化剂氧还原催化活性

采用化学原位聚合法制备聚吡咯/活性炭(AC)复合物,在惰性气氛进行热处理,制备了氮掺杂活性炭(NAC)。利用化学浸渍还原法制备AC和NAC载铂催化剂,并对比分析他们的氧还原催化性能。氮掺杂处理明显降低了活性炭的比表面积,但因其改善了活性炭水分散性和表面活性,铂在NAC表面沉积和分布较在AC载体表面更均匀。尤其经900℃炭化处理获得的氮掺杂活性炭NAC900,源于其微孔的高比表面积和含氮官能团共同作用,使铂粒子多以尺寸小于5 nm的粒子均匀沉积分布于载体表面,且铂担载量高。循环伏安曲线分析表明,与活性炭载铂催化剂(Pt-AC)相比,氮掺杂活性炭载铂催化剂(Pt-NAC900)的氧还原峰电位更正,氧还原峰电流为前者两倍,且峰电流随循环次数的衰减更低。结果表明,通过对传统炭材料活性炭进行氮掺杂处理,能够增强其载铂催化剂氧还原催化性能。     

氮掺杂氧化石墨烯的制备及其氧还原催化性能研究

以腺嘌呤为掺杂氮源,以均苯三酸为辅助碳源,采用水热法对多层氧化石墨烯进行氮掺杂,在惰性气氛下煅烧得到氮掺杂氧化石墨烯(NGO),重点研究了腺嘌呤用量对产物的氧还原催化性能的影响。利用上海辰华电化学工作站,采用线性扫描伏安法对其氧还原催化性能进行测试分析,并利用Koutecky-Levich方程对其氧还原电子转移数进行计算。结果表明,以腺嘌呤作为氮源能够大幅度地提高氧化石墨烯的催化性能,当腺嘌呤用量为6 mmol时,所制得的氮掺杂氧化石墨烯NGO-3的催化性能最好,催化氧气还原以4e~-途径进行。     

杂原子掺杂碳材料用于氧还原反应催化剂的研究

氧还原反应存在于多种储能设备如空气电池和燃料电池的反应过程中,通常以商业铂碳作为催化剂,但铂基催化剂的高昂价格和易中毒的缺点限制了其广泛应用.碳基材料被认为是贵金属催化剂最有希望的替代物,引起了众多研究者的兴趣.这是因为某些杂原子掺杂于碳基体中会因为其与碳原子的物理化学性质的差异而在基体中形成缺陷,形成催化的活性位点,...