Pt/C催化剂制备及CO催化氧化性能研究

采用大气压介质阻挡放电辅助氢气热还原方法和氢气热还原方法制备Pt/C催化剂,考察了制备方法及Pt负载量对Pt/C催化性能的影响。采用X-射线衍射(XRD)、循环伏安法、CO催化氧化反应研究Pt/C催化剂的晶相结构、电催化性能和CO催化氧化活性。结果表明:大气压介质阻挡放电辅助氢气热还原所制备的样品具有更高的电化学活性和CO催化氧化活性。当Pt负载量在2%到10%之间变化时,Pt/C-PC催化活性随负载量增加而增加。XRD测试结果显示当Pt负载量为2%,5%和10%时,Pt粒径分别为:10.6 nm,9.1 nm和6.4 nm,说明采用等离子体辅助氢气热还原方法制备的Pt/C-PC催化剂,Pt负载量越大,Pt粒径越小,CO催化氧化活性更高。     

载体炭与Pt催化剂之间的相互作用及其引起的尺寸效应(英文)

通过乙二醇还原,在VulcanXC-72炭黑上负载了三种具有不同平均粒径(1.7nm,3.0nm和5.0nm)的Pt催化剂。利用透射电子显微镜,研究了载体炭黑表面的微孔与Pt催化剂之间的几何相互作用。结果表明:尺寸较小的Pt颗粒(平均粒径为1.7nm)通常被包含在载体表面的微孔中,表现为被一薄碳层所覆盖并嵌入炭黑基体。而尺寸较大的Pt颗粒(平均粒径为3.0nm和5.0nm)则不存在这种现象,往往显示出裸露的清洁表面。这种与载体表面微孔的不同相互作用引起了Pt颗粒在电化学活性比表面上的反常尺寸效应,进而影响了其催化甲醇氧化的质量比活性。     

不同pH值对直接乙醇燃料电池Pt-SnO2/C 电催化性能的影响

采用水热法制备了高分散Pt-SnO2/C电催化剂,对制备工艺进行了最佳优化,考察了不同反应溶液pH值对电催化剂活性的影响。采用XRD、SEM、TEM、比表面积、粒度分析等手段对催化剂进行了结构表征。制备的Pt-SnO2纳米复合颗粒高度分散在活性炭载体表面,其平均粒径约4.5nm。通过循环伏安、计时电流、交流阻抗等技术测试了电极在乙醇体系中的电催化活性。结果表明,随着反应溶液pH值的增加,制备的Pt-SnO2/C催化剂可使乙醇的氧化发生在较低电位。在pH值为9、铂锡原子比为3∶1时,制备的Pt-SnO2/C复合催化剂,可以得到较高的乙醇氧化电催化活性和电化学长期稳定性,氧化峰电流密度高达104.54mA·cm-2。     

Pt-Sn/Poly(triazine imide)-碳纳米管复合材料的电催化性能

以不同质量比poly(triazine imide)(PTI)-碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)复合物为载体,通过乙二醇还原Pt/Sn前驱体制备了Pt-Sn/PTI-CNTs催化剂。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对制备的催化剂结构、形貌和成分进行表征。结果表明,Pt-Sn纳米粒子在载体上高度分散,粒径分布在2.6～3.7 nm之间,其主要以金属Pt和SnO_x的形式存在。循环伏安(CV)测试表明,PTI的引入对Pt-Sn/PTI-CNTs复合物的催化活性具有明显提升作用,但是加入的量过多会导致电催化性能下降。当加入20%(质量分数)的PTI时,催化剂具有最大的电化学活性面积(ECSA)46.20 m~2/g,乙醇电催化性能最佳。     

介孔碳化钨负载铂催化剂对甲醇氧化的电催化性能

采用硬模板法制备了介孔碳化钨(m-WC), 进一步还原铂的前驱体(H2PtCl6)得到Pt/m-WC催化剂。采用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对样品的物相、结构和形貌进行了表征。结果表明, 所制得的m-WC载体为单一的碳化钨相, 孔径为10~20 nm, Pt/m-WC催化剂中Pt的粒径约为3.4 nm, 主要以金属态形式存在, 相对比较均一的Pt纳米粒子均匀地分散在载体的表面和孔道中。电化学测试结果表明, 与普通WC载Pt催化剂(Pt/c-WC)相比, Pt/m-WC催化剂具有较大的电化学活性表面积, 对甲醇呈现出更高的电催化氧化活性和更好的稳定性。     

脉冲电沉积法应用于铂/垂直取向石墨烯直接甲醇燃料电池催化剂

通过恒电压以及脉冲电压在直接甲醇燃料电池(DMFCs)阳极催化剂载体(垂直取向石墨烯)表面电沉积Pt。对制得的催化剂采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱仪、X射线衍射仪进行了表征,并采用电化学测试研究了其甲醇氧化能力。结果表明,当采用垂直取向石墨烯-碳纸(VG-CP)作为载体,且使用脉冲电压法可获得粒径更小、分布更均匀的Pt纳米颗粒,具有更优异的催化甲醇氧化性能。     

可溶性酚醛树脂为碳源合成有序介孔炭及其电催化性能

利用介孔硅SBA-15与苯酚、甲醛混合,原位合成可溶性酚醛树脂,高温炭化得有序介孔炭(C1);同时将预聚的酚醛树脂与SBA-15 共混后再聚合,高温炭化得有序介孔炭(C2).微波多元醇还原法合成Pt/C1、Pt/C2、Pt/CMK-5(糠醇为碳源)电催化剂.使用X射线衍射仪(XRD),N2物理吸附,透射电镜(TEM)和循环伏安技术(CV)对介孔炭的结构和催化剂的性能进行了表征.结果表明:CI主要由规则的六方介孔孔道构成,比表面积为947m2/g,孔径分布集巾在4.5nm,Pt微粒在C1上具有良好的分散性,平均粒径约为3nm.C2的孔道较为模糊,负载的Pt微粒有一定程度的团聚.CV曲线显示,Pt/C1催化剂的电化学活性面积(EAS)为54.2m2/g,其催化甲醇氧化的性能优于Pt/C2及Pt/CMK-5而略筹于商用催化剂Pt/C(E-TEK).     

联氨气体传感器的敏感物质的选择

通过筛选试验,并采用化学还原法制备了催化联氨氧化的Pt/C催化剂;透射电子显微镜(TEM)表明催化剂具有较小的粒径;利用电化学循环伏安法研究Pt/C催化剂催化联氨氧化的活性,担载在碳载体上的Pt催化剂对联氨的电氧化具有着更高的催化活性;电化学计时电流法表明Pt/C催化剂有着较好的工作稳定性。     

Co修饰的碳载Pt纳米粒子催化剂的制备与表征

质子交换膜燃料电池阴极需要使用高活性的电催化剂来加速氧还原反应(ORR)速率,而提高活性成分贵金属铂(Pt)的功能反应利用率可解决其关键问题.本工作利用过渡金属钴Co(Ⅱ)?有机框架(Co?MOF)为前驱体合成ORR催化剂载体Co/C,并采取浸渍?液相还原法负载Pt纳米粒子制备了合金Pt?Co/C催化剂.通过对样品的孔隙结构、物相结构、微观形貌等表征,证实了载体Co/C具有较大的比表面积和相互连通的分级介孔结构,其独特的形貌、丰富的孔隙结构使负载的Pt纳米颗粒均匀分布、粒径范围窄,平均粒径约为6.8 nm.进一步对催化剂进行电化学性能评价,其电化学活性表面积(ECSA)接近于商用Pt/C催化剂的值,结果表明合金催化剂中活性成分Pt具有较高的利用率,同时还表现出载体独特的孔隙结构优势.     

(Pt/Sn)-碳纳米管复合物的电催化性能

以碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)为载体、乙二醇和甲酸钠为还原剂,采用浸渍法制备了不同Pt/Sn原子比的(Pt/Sn)-CNT复合物.通过X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对碳纳米管负载金属颗粒过程中的显微结构变化进行了研究.结果表明:Pt、Sn粒子在碳纳米管上高度分散,粒径分布在3.5nm～6.5nm之间,Sn元素以Pt-Sn合金和SnO2结构存在.循环伏安(CV)测试表明:Pt/Sn原子比为2.5:1～3.5:1时,(Pt/Sn)-CNT复合物的催化活性和抗毒化能力最佳.(Pt/Sn)-CNT复合物中CNTs保持了完整结构,对Pt、Sn粒子起到了稳定性作用,有利于提升(Pt/Sn)-CNT复合物对甲醇的氧化活性.     

C/C复合材料MoSi2-Mo5Si3/SiC涂层的制备及组织结构

采用化学气相反应法和料浆刷涂反应法, 在C/C复合材料表面制备了MoSi₂-Mo₅Si₃/SiC复合涂层, 借助X射线衍射仪、扫描电镜及能谱等分析手段, 对涂层的形成、组织结构进行了研究, 并初步考察了涂层的高温抗氧化性能. 结果表明: 制备的复合涂层厚度为400μm左右, 主要由β-SiC、MoSi₂及少量的Mo₅Si₃组成. 1350℃等温氧化10h后, 复合涂层试样的氧化失重率只有1.21%, 明显低于C/C复合材料SiC单涂层试样, 其高温抗氧化性能得到明显的提高. 因此, 与C/C复合材料SiC单涂层相比, 经封填改性制得的复合涂层结构更致密, 具有良好的高温抗氧化性能.     

Influence of Preparation Technology on the Structure and Phase Composition of MoSi2-Mo5Si3/SiC Multi-coating for Carbon/Carbon Composites

Oxidation protective MoSi₂-Mo₅Si₃/SiC multi-coatings for carbon/carbon composites were prepared by chemical vapor reaction and slurry-sintering method. The influence of preparation technology on the structure and phase composition of the coating was investigated by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analyses, and then their relationship was discussed. The results indicate that the Si/Mo ratio of the slurry and sintering processing were two main factors that significantly affected the structure and phase composition of the multi-coating. Appropriate sintering process and relatively high Si/Mo ratio were essential for preparing the multi-coating with dense structure and favorable phase composition. After being sintered at 1723 K for 2 h and with the Si/Mo ratio of the slurry being 4.5 (weight ratio), a dense structure accompanied by favorable phase composition of the coating can be obtained. When heat treated at 2373 K for 1 h, this coating became more compact and continuous. Oxidation tests (performed at 1623 and 1823 K) demonstrated that both of these two obtained multi-coatings exhibited better anti-oxidation property than single layer SiC coating.     

含碳添加剂Al2O3基陶瓷复合材料的增韧机理

以碳为添加剂,利用热压工艺制得的Al2O3/TiC新型陶瓷复合材料,其断裂韧性比相应不含碳的AlO3/TiC陶瓷材料提高约20％。理论与实验分析表明：弱界面是获得高韧性陶瓷复合材料的一个有效途径,以石墨形态存在的碳在材料中不但能导致自发微裂纹的产生,而且还能形成弱界面,并在强弱界面的共同作用下以裂纹桥联、裂纹分支与裂纹转等多种增韧机制及其协同作用共同提高Al2O3/TiC陶瓷材料的断裂韧性。     

含碳添加剂Al2O3基陶瓷复合材料的增韧机理

以碳为添加剂，利用热压工艺制得的Al     

CNTs添加对MmMn0.4Co0.7Al0.3Ni3.4贮氢合金负极性能的影响

对商用MmMn0.4Co0.7Al0.3Ni3.4贮氢合金中添加多壁碳纳米管(CNTs)、Ni的电化学性能进行了研究.结果表明,CNTs的加入可以提高电极的放电容量和初始活化性能,合金中添加CNTs、CNTs+Ni的电极完全活化只需11个循环,其最大放电容量分别为255、271mAh/g.而添加Ni的电极则需24个循环才达到最大容量(245mAh/g);合金中添加CNTs、CNTs+Ni的电极具有更高的放电平台和更好的高倍率放电性能(HRD),在1000 mAh/g放电电流下,添加CNTs、CNTs+Ni、Ni以及未添加电极的HRD值依次为80.5%、83.9%、66.9%和62.4%,线性极化和电化学阻抗测试表明,CNTs的加入可有效减少欧姆电阻、提高电极表面的电荷迁移速率,更有利于在大电流下进行放电.     

碳纳米管改性锰酸锂电化学性能的研究

以多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)为主要添加相,协同超导乙炔炭黑(SP),对锰酸锂进行电化学改性。对MWCNTs进行预处理,采用扫描电子显微镜观察MWCNTs的微观形貌。掺杂不同质量比的导电剂,制成电池并以恒流充放电方法测试其电化学性能。结果表明,碳包覆后电池的初始充放电比容量都有所下降,掺入1%(质量分数,下同)MWCNTs后的LiMn2O4的首次充放电效率为96.51%,不可逆容量最小,初始放电比容量为116.42mAh/g,经20次循环后容量保持率仍达96.2%,使用复合碳源掺杂时,当m(MWCNTs)∶m(SP)=1∶2时,首次充放电效率达96.67%,不可逆容量最小,初始放电比容量为119.37 mAh/g,且掺杂2%MWCNTs的效果要略好于掺入2%SP。     

不同碳源对纳米锌铝尖晶石合成及颗粒粒径的影响

以硝酸铝、硝酸锌和柠檬酸为原料,以炭黑和酚醛树脂为碳源,采用溶胶-凝胶法制备了纳米锌铝尖晶石粉体,研究了高温还原气氛下不同碳源对纳米锌铝尖晶石合成及颗粒粒径的影响,并以高温氧化气氛热处理、无碳引入的试样作对比。研究表明:在还原气氛下,引入碳源的试样在600℃热处理后,锌铝尖晶石峰不明显,主要是因为碳起空间位阻作用,阻碍了离子传质;800℃热处理后可合成锌铝尖晶石,且纳米颗粒尺寸较小(20~30nm);热处理温度升高至1 000℃时,纳米锌铝尖晶石颗粒尺寸变化不大,碳的空间位阻作用抑制了颗粒长大和烧结。与炭黑相比,酚醛树脂抑制锌铝尖晶石颗粒长大的效果更好,可能因为树脂碳化后呈玻璃态,空间阻隔作用更强。但热处理温度不低于1 200℃时,纳米锌铝尖晶石易被CO或C还原,锌以Zn(g)的形式逸出,只有α-Al2O3相。然而,在空气气氛下,600℃热处理后即可合成纳米锌铝尖晶石,但热处理温度从600℃升至800℃时,锌铝尖晶石颗粒长大较明显,颗粒尺寸从27.5nm增至54.6nm,并呈烧结状。     

纳米Fe3O4- 活性炭混合超级电容器电化学性能的研究

研究了以纳米Fe₃O₄和活性炭(AC)为电极材料的超级电容器. 以FeSO₄·7H₂O和氨水为原料, 采用微波法制备出平均粒径为36nm的Fe₃O₄纳米粒子. 组装了以6mol/L KOH溶液为电解液的Fe₃O₄/KOH/Fe₃O₄、AC/KOH/AC、Fe₃O₄/KOH/AC三种类型的模拟电容器. 用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗法对电容器进行了电化学性能测试. 结果发现, 混合电容器的工作电压可达到1.2V. 电流密度为0.5mA/cm²时, 正/负极质量比为1.5的Fe₃O₄/KOH/AC电容器的能量密度达到9.25Wh/kg, 与AC/KOH/AC电容器相比, 能量密度提高了53.4%.     

烧蚀产物ZrO2对ZrC改性C/C复合材料烧蚀的影响

采用ZrOCl₂溶液浸渍法把含锆组元引入碳纤维预制体, 结合热梯度化学气相渗透、高温石墨化工艺制备了ZrC改性C/C复合材料. 用氧乙炔烧蚀测试材料的烧蚀性能, XRD测试材料烧蚀前后的物相组成, 采用SEM观察材料的微观形貌. 烧蚀结果表明：随着烧蚀次数的增加, 若每次烧蚀后不去除ZrO₂, 材料的线、质量烧蚀率呈先增加后减小的趋势, 最后趋于稳定; 若每次烧蚀后去除ZrO₂, 材料的线、质量烧蚀率均呈增大的趋势. 产物ZrO₂的蒸发吸收了材料烧蚀表面的热量, 减缓了火焰对烧蚀表面的冲蚀, 材料的线烧蚀率减小, 然而, ZrO₂的蒸发会增加材料的质量损失速度, 导致材料的质量烧蚀率增大.     

中性水介质中碳钢C02腐蚀与其表面膜结构关系

采用电化学方法研究了碳钢在中性水介质中的CO