金属掺杂复合催化剂对氧还原反应的电活性

将三聚氰胺与甲醛的聚合树脂产物与一定量的碳粉混合,在N2气氛中高温炭化后制得催化剂载体。将该催化剂载体与聚苯胺混合后,再分别加入Co(NO3)2·6 H2O、Fe Cl3·6 H2O或乙二胺,混合物在N2气氛下通过高温热处理制得氧阴极还原催化剂Fe/Co/N/M。采用扫描电镜、X射线衍射仪对催化剂进行了表征。利用循环伏安及旋转圆盘电极等电化学方法对催化剂的氧还原(ORR)性能进行了测试。结果表明,采用分步加入金属Fe和Co的方式得到的催化剂Fe/Co/N/M在碱性溶液中具有较好的ORR电催化活性,ORR电流密度(2 000 r/min)为8.4 m A/mg@-0.8 V(vs.SCE),ORR起始电位为-0.12 V(vs.SCE)。     

钴载量对Co-PPy/C催化剂氧还原性能的影响

以XC-72炭黑为载体,原位聚合制备碳载聚吡咯(PPy)复合载体,采用浸渍法及1 073 K高温热处理,制备Co-PPy/C催化剂。通过XRD、透射电镜(TEM)、元素分析(EA)和X射线光电子能谱(XPS)测试,对Co-PPy/C催化剂的结构和形貌进行分析。循环伏安和线性扫描伏安(LSV)测试结果表明:Co0.50-PPy/C催化剂在酸性介质中具有良好的氧还原活性。在0.5 mol/L H2SO4中,353 K下处理72 h后,催化剂中的钴粒子全部被溶出;催化剂中吡啶氮和石墨氮是此类催化剂的氧还原反应(ORR)活性中心。     

NiCo_2O_4/RGO催化剂的制备及用于锌-空气电池

通过水热反应制备镍钴氧化物/还原氧化石墨烯(NiCo_2O_4/RGO)电催化材料。采用XRD、SEM和X射线光电子能谱(XPS)等测试对制备的催化剂的形貌、成分和结构进行分析,该催化剂呈现出花状纳米针结构;采用旋转圆盘电极,线性扫描伏安(LSV)曲线对催化剂的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)电催化活性进行研究。催化材料在6 mol/L KOH电解液中,具有0.81 V的半波电势、6.73 mA/cm~2的极限扩散电流密度和67 mV/dec的Tafel斜率。应用于可充锌-空气电池中,NiCo_2O_4/RGO的功率密度为230 mW/cm~2,且具有良好的充放电循环稳定性。     

Nd_(0.6)Ca_(0.4)MnO_3的制备及电化学性能研究

用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿型氧化物Nd0.6Ca0.4MnO3,以X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热(TG-DSC)手段对产物进行了分析和表征。结果表明:在一定实验条件下制备的氧化物纯度高,粒径小,结构稳定。以该氧化物为催化剂,制备了应用于碱性介质中氧还原反应的气体扩散氧电极,用极化曲线和交流阻抗方法测试和研究了其电化学性能。结果显示:制备的Nd0.6Ca0.4MnO3对氧还原具有优良的催化性能,-0.2V(vs.HgO/Hg)下,电极电流密度在静止的空气和氧气气氛环境中分别达到-82mA/cm2和-142mA/cm2,制备时柠檬酸的配比对其催化的性能有显著影响。     

锌空气电池钴铁基电催化剂的制备方法

氧电极的氧析出反应(OER)和氧还原反应(OER)的缓慢的动力学,是影响锌空气电池发展的制约因素,高效稳定的电催化剂是使OER和ORR快速发生的重要途径。综述了应用于锌空气电池阴极部分的CoFe基电催化剂的制备方法和催化性能方面的进展。     

NdCoO3催化剂制备及其催化氧还原性能研究

研究用微波法制备钙钛矿型氧化物NdCoO3,通过XRD、TEM对制备的催化剂进行表征。结果表明,得到的产物为NdCoO3。以该氧化物为催化剂,酸处理的碳黑为载体,制备了用于碱性介质中氧还原反应的气体扩散电极,并利用极化曲线(LSV)和交流阻抗(EIS)方法测试了其在碱性介质中(6 mol/L KOH)中对氧还原的催化性能。结果表明:该催化剂在空气气氛下,电极电位在-0.2 V(vs.Hg/HgO)时电流密度达到160 mA/cm2,有显著的氧还原催化效果;同时发现:制备时的pH值、微波加热的功率及时间、碳黑的预处理对其催化氧还原性能有较大的影响。     

Al-空气电池阴极材料的制备及电性能

以Co、Mn硝酸盐为原料,加入一定量微波吸波剂Vulcan XC-72,用微波进行热处理制备了纳米复合氧化物MnCo2O4阴极材料.用热重(TG)分析了形成过程;通过扫描电镜仪(SEM)、X射线衍射仪(XRD)表征得知产物结晶良好,纯度高,平均粒径约15 nm,且分布均匀;在室温下、空气气氛中,以6 mol/L KOH为电解液、三电极体系中测试了由产物所制备的空气扩散电极对氧还原反应的催化效果,极化曲线显示:在-0.2 V(vs.Hg/HgO)电位下,ORR电流密度达96 mA/cm2;对由产物所制备的空气电极及纯金属Al片所组装的Al-空气电池进行了放电性能测试,效果良好.     

WO3对碳载EMD催化氧还原活性的影响

研究了助催化剂三氧化钨(WO3)对电解二氧化锰(EMD)催化性能的影响.通过球磨制备5种WO3含量的EMD复合催化剂,进行XRD、SEM和电化学性能测试.WO3影响了EMD的孔隙率,添加适量的WO3可改善EMD的催化性能.添加WO3催化剂的氧还原电位较未添加WO3催化剂提前0.02 V.当电压为-0.15 V时,EMD、( MnO2)33( WO3)0.7、(MnO2)33(WO3)1、( MnO2)33 (WO3)1.3及(MnO2 )33( WO3 )1.5的氧还原电流分别为:-0.21 mA、-0.35 mA、-0.85 mA、-0.53 mA和-0.08 mA,表明随着WO3添加量的增加,EMD的催化性能先提高,后下降.EMD、( MnO2)33( WO3 )0.7、( MnO2 )33( WO3)1、(MnO2)33 (WO3)1.3及(MnO2)33 (WO3)1.5制备的电池,放电平台分别为1.05 V、1.08 V、1.21 V、1.14 V和0.98 V;催化活性顺序为:(MnO2)33(WO3)1＞ (MnO2)33(WO3)1.3＞(MnO2)33(WO3)0.7＞EMD＞ (MnO2)33(WO3)1.5.     

水热法制备质子交换膜燃料电池阴极Pt/C催化剂

采用硫代乙酰胺(TAA)为沉淀剂,水热法合成40%Pt/C质子交换膜燃料电池阴极催化剂,通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)考察了Pt/C催化剂的物理性能,并利用循环伏安法(CV)分析了催化剂的电化学活性,采用旋转圆盘电极(RDE)评价了催化剂的氧还原催化活性。实验表明水热硫化物沉淀法合成催化剂受反应pH值、氯铂酸与沉淀剂硫代乙酰胺的配比、H2热处理等制备条件的影响,制得的Pt/C催化剂粒径小(平均粒径3nm左右)并且分布均匀,催化性能较好。     

溶胶-微波干燥法制备Nd_(0.6)Ca_(0.4)CoO_3及其电化学性能

研究用溶胶-微波干燥法制备钙钛矿型氧化物Nd0.6Ca0.4CoO3,通过XRD、TEM对制备的产物进行表征。结果表明,得到的产物为Nd0.6Ca0.4CoO3,平均粒径为65nm。以该氧化物为催化剂,酸处理的碳黑为载体,制备了用于碱性介质中氧还原反应的气体扩散电极,利用极化曲线(LSV)和交流阻抗(EIS)方法测试了其在碱性介质中(6mol/LKOH)对氧还原的催化性能。该催化剂在空气气氛下,电极电位在-0.2V(vs.Hg/HgO)时催化氧还原的电流密度达到160mA/cm2,有显著的氧还原催化效果。微波加热功率、微波加热时间对催化剂的催化氧还原性能有较大的影响。     

阴极液环境条件对生物燃料电池性能的影响

以铁氰化钾为阴极电子受体,葡萄糖模拟废水为燃料,构建了无媒介体双室生物燃料电池,考察了阴极液中铁氰化钾浓度、pH值、离子强度对电池性能的影响.结果表明:增大铁氰化钾浓度,可以降低MFC的内阻,提高MFC的开路电压和输出功率.铁氰化钾质量浓度由0.5 g/L增加到10.0 g/L,MFC表观内阻由713 Ω降低到151 Ω,MFC最大输出功率由802 mW/m3增加到4 061 mW/m3;K,3Fe(CN)6质量浓度为0.5 g/L时,在阴极液中加入3 g/L NaSO4电解质,MFC的内阻由713 Ω降低到253 Ω,输出功率由802 mW/m3增加到1 820 mW/m3;阴极液的pH值对电池的发电性能也有影响.     

高锰酸钾用于生物燃料电池阴极电子受体

为提高生物燃料电池(MFC)的输出功率和有机物的降解效率,实验以KMnO4为阴极电子受体,泡沫金属为阳极.葡萄糖模拟废水为基质,设计了新型双室生物燃料电池,考察了KMnO4浓度、pH值对MFC产电性能的影响.结果表明,KMnO4浓度为500 mg/L时,MFC的最大开路电压可达1.68 V,最大输出比功率为8 657 mW/m3,电池的内阻为232 Ω.同时化学需氧量(COD)去除率为87.1%,库仑效率为45.2%.阴极液的pH值对电池的产电性能有显著影响,酸性溶液条件下有利于改善电池的性能.本研究设计的MFC可有效地降解有机物回收电能,同时提高了电池的产电能力,具有显著的经济、环境效益和应用前景.     

生物质燃料电池的研究进展

世界需要“绿色能源”———可再生能源,与传统的能源技术相比,它们对环境造成的影响要轻微得多。在各类清洁能源中,生物质燃料电池是极具前景但却受注意较少的技术之一。对基于生物质(主要是细菌、微生物及藻类)发电和生物质产氢的几种生物质燃料电池的研究进展进行了总结和评述,包括:直接利用太阳能或糖类发电的细菌电池、微生物燃料电池、以及“吃肉的机器人”等。并指出了将生物质燃料电池与微机电系统技术相结合的应用方式,以及参考“吃肉的机器人”提出了基于生物质燃料的微型机器人的概念。     

管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池的研制

制备了一种新型的直接甲醇燃料电池,即管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池,采用弯曲热压法制备出管状膜电极。将管状膜电极固定在一个具有导电性能的多孔管上,制作出管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池。燃料的供给根据使用目的不同,既可以用泵连续输送,作为固定电源,也可以采用间歇式补充甲醇溶液,作为便携式电源。同时对影响电池性能的因素,如阴极催化剂的用量,甲醇的浓度和甲醇的温度等进行了考察。阴极表面催化剂的用量可以显著地影响电池的功率密度,甲醇溶液的温度也是影响电池性能的一个关键因素。在阳极催化剂的用量为2mg/cm2Pt-Ru,阴极催化剂用量为3mg/cm2Pt,甲醇溶液浓度为4mol/L,温度为80℃时,采用空气自呼吸方式,电池的功率密度达到10mW/cm2。在管的内部一次加入4mol/L的甲醇溶液,在没有任何外围设备时,常温常压下工作,一个10cm2的管状空气自呼吸直接甲醇燃料电池可以稳定提供40mW功率的时间超过5h。     

直接甲醇燃料电池膜电极组件的阳极整平层

通过考察有阳极整平层(sub-layer)的膜电极组件(MEA)的极化曲线、SEM图和内阻等,研究了阳极整平层对直接甲醇燃料电池(DMFC)性能的影响.在表面喷涂Nafion树脂,对整平层进行修饰,发现喷涂Nafion后的整平层与催化层的结合更紧密,提高了电池性能.在静止式DMFC中,以2 mol/L静止甲醇溶液为燃料,有经过修饰的整平层(1.0 mg/cm2)的MEA在常温下的功率密度达到15.3 mW/cm2,放置1 d后仅有1%的衰减.     

Pt-Ru-W/C催化剂对乙醇电催化氧化研究

为了提高直接乙醇燃料电池阳极催化剂的催化活性,降低贵金属载量,采用热还原法制备了Pt-Ru-W/C催化剂,比较了Pt-Ru-W/C和相同前驱体用化学还原法制备的Pt-Ru/C催化剂对乙醇的电催化氧化行为;在0.5 mol/L乙醇和0.5 mol/L硫酸混合溶液中考核了上述催化剂对乙醇电催化氧化活性;通过X射线衍射光谱法(XRD)技术对催化剂的晶体结构进行了分析;结果表明:两种催化剂都具有Pt的面心立方晶格结构,晶格参数都小于Pt/C催化剂;计算表明Pt-Ru-W/C粒径较小,为6.5 nm左右;Pt-Ru-W/C电化学活性比表面积小于Pt-Ru/C催化剂,但由于W的助催化作用使Pt-Ru-W/C对乙醇的电催化活性和抗乙醇中间产物毒化的能力高于Pt-Ru/C催化剂.     

Photocatalytic degradation of TOC from aqueous phenol solution using solution combusted ZnO nanopowders

ZnO nanopowders were prepared by solution combustion method (SCM). The ZnO nanopowders synthesized using Zn(OH)₂ and glycine as an oxidant and a fuel (with fuel/oxidant ratio, F/O?=?0.8), showed excellent crystalline and photocatalytic characteristics. In order to evaluate the photocatalytic reactivity of the prepared ZnO nanopowder, it was tried to decompose total organic carbon (TOC) from aqueous phenol solution. Several kinds of TiO₂ nanopowders were also tried to compare the photocatalytic reactivity. Surprisingly, SCM ZnO nanopowder shows 1.6 fold higher destruction rates of the organic pollutant than P-25 TiO₂ nanopowder that is known as a kind of standard photocatalyst.     

直接甲醇燃料电池性能研究

以自制的PtRuMo/C和Pt/C分别为阳极、阴极催化剂制备了膜电极,考察了单电池在常压下的性能,分析了影响电池性能的因素。研究结果显示以氧气为氧化剂在常压、室温工作,50mA/cm~2时,稳定输出电压0.237V;以空气为氧化剂时,在常压、室温工作,输出电流密度40mA/cm~2时稳定的输出比功率为8mW/cm~2。适宜的操作条件:甲醇浓度为2.5mol/L,甲醇流量为1.04mol/L,氧气流量范围60￣100SCCM,空气流量范围为125￣200SCCM。电池性能的初步分析显示,催化层中存在较高的质子传递电阻,使得电池在大电流放电时性能下降较快,限制了比功率的提高。     

硼氢化物直接氧化的二元催化剂研究进展

直接硼氢燃料电池(DBFC)是一种以NaBH4/KBH4碱性溶液为阳极燃料的新型燃料电池。催化剂的种类严重影响着硼氢化物的直接氧化。综述了近年来直接硼氢燃料电池(DBFC)阳极用Ni-Pt、Ni-Pd、Ag-Ni、Au-Co、Au-Pt等二元催化剂的研究现状。     

锰/炭混合超级电容器阳极材料的制备及性能

采用高锰酸钾与乙酸锰溶液通过液相沉淀法制备了颗粒尺寸为100 nm左右的α-MnO_2,并以此α-MnO_2为锰/炭混合超级电容器阳极材料,采用循环伏安法研究了其在0.5 mol/L Na_2SO_4、1 mol/L KOH溶液、1 mol/L KCI溶液和2mol/L(NH_4)_2SO_4溶液中的充放电行为.结果表明:在0.5 mol/L Na_2SO_4溶液中表现出较好的电容行为,比电容为145F/g.为提高所制备α-MnO_2的比表面积和电导率,将适量具有规则结构的介孔炭(OMC)添加到α-MnO_2中,制备得到MnO_2/OMC复合阳极材料.详细研究了OMC添加量对复合阳极材料结构和性能的影响.掺炭量为20%(质量分数)的锰炭复合物阳极材料的比电容值高达182 F/g.