钌基氢析出反应电催化剂的研究进展

钌具有与铂相近的氢析出反应(HER)催化活性,价格约为铂的一半,是一种替代铂的理想金属。研究高效、稳定并且价格低廉的钌基HER电催化剂是实现氢能源社会的有效途径。介绍了HER机理,总结了最近钌基氢析出反应电催化剂的4种设计策略,展望了钌基氢HER电催化剂的机遇和挑战。     

燃料电池中铂基电催化剂的设计与合成

燃料电池具有高能量转化效率、低环境污染等优势,近年来备受关注。然而,阴极氧还原反应和阳极小分子氧化反应成为燃料电池产业化的瓶颈,包括催化剂制备成本高、催化活性低和稳定性差等问题。如何设计高效、稳定的燃料电池催化剂,对于进一步推动燃料电池的应用十分关键,而发展先进的铂（Pt）基电催化剂是最为有效的途径之一。相比于单金属铂纳米晶,铂基无序合金和有序金属间化合物具有独特的物理化学特性,被认为是研究金属电催化剂结构-性能的理想模型。本文综述了高活性、高稳定性的铂基电催化剂的研究现状,首先阐述了铂基电催化剂的催化活性和稳定性的增强机制,着重介绍了铂基合金的调控因素与可控合成,进一步总结了铂基有序金属间化合物的制备策略。最后,对铂基电催化剂的未来发展方向进行了讨论及展望,以期为燃料电池中电催化剂的发展开拓新思路。     

纳米催化剂的制备及应用的研究进展

介绍纳米催化剂的特性和制备方法，详述纳米催化剂在催化加氢，电化学反应，电池和环境保护等领域的应用前景。     

金属铂-稀土合金电催化剂的制备研究

基于贵金属铂在甲醇燃料电池上的广泛应用,采用不同稀土金属(如钪、钇、镧系等)与铂形成合金在酸性条件下研究其对甲醇的电催化性能,并利用多壁碳纳米管增强对甲醇小分子的吸附性,提高酸性环境下甲醇的电催化氧化效率。多壁碳纳米管(MWNTs)具备纳米级别的管状结构,比表面积大,是一种优良载体,将铂-稀土合金和多壁碳纳米管充分混杂,并修饰在玻碳电极(GC)表面,具有良好的化学和物理稳定性。通过上述分析和实验制备了铂-稀土(M-Pt)合金催化剂、铂-稀土/多壁碳纳米管(M-Pt/MWNTs)催化剂。实验证明铂与稀土金属钪、钇、镧系等形成的合金的电催化性能最佳,且加入多壁碳纳米管,形成的铂-稀土/多壁碳纳米管(M-Pt/MWNTs)催化剂电化学催化效率得到明显地提升,所制备的铂-稀土合金电催化剂实用价值高。     

多相铂催化剂在芳香族化合物加氢中的应用

介绍了负载型铂催化剂、高分子铂络合物催化剂和负载型含铂双金属催化剂等几种多相铂催化剂在芳香族化合物加氢中的应用及各自特点，展示这类催化剂在反应中具有良好的催化活性。     

锌空气电池双功能阴极催化剂研究进展

可充电锌空气电池(ZAB)被认为是具有前景的储能设备之一.阴极氧还原反应和氧析出反应(ORR和OER)动力学缓慢,限制ZAB的实际应用,开发出高活性催化ORR/OER双功能阴极电催化剂尤为重要.综述了非贵金属双功能阴极电催化剂,包括无金属碳材料催化剂、过渡金属催化剂和过渡金属-氮掺杂碳材料组合催化剂,讨论几种催化剂催化...     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置。质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用。PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂,为降低成本,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一。对PEMFC电极的工作原理,关键组件及电池的水管理、热管理方法等作了综述。     

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。     

应用静电纺丝技术的电催化剂及载体材料制备研究进展

与机械拉伸等传统的纤维制备方法相比,静电纺丝技术具有操作便利、成本低、生产效率高等优点,是一种更简单、经济的纤维成型技术,被广泛应用于燃料电池、金属-空气电池、水电解装置等领域的电催化过程中。本文首先介绍了静电纺丝的工作原理、工艺影响因素及电纺技术的发展现状;之后主要介绍了静电纺丝在制备催化剂及催化载体材料上的研究进展,包括：①在碱性的电化学反应中,通过静电纺丝制备的过渡金属氧化物及金属-碳复合纤维显示出优异的电催化性能和可观的经济效益;②在水分解反应中,电纺Ir基催化剂具有均匀的一维纳米结构、极高的比表面积和良好的分散性,表现出了优异的催化活性;③在酸性的氧还原和析氧反应中,电纺氧化锡锑（ATO）载体具有优异的导电性,不仅可为催化剂提供良好的电子转移结构及催化活性位点,还能起到一定的结构保护作用,提高了催化活性和稳定性。本文总结了以静电纺丝方法制备催化剂或催化载体材料的优缺点,并发现电纺一维纳米催化剂具有出色的纤维形貌、理想的比表面积及较低的传质阻力,可有效弥补传统金属催化剂颗粒易团聚、活性低等缺点。最后,为进一步提高电纺催化剂的析氧催化性能以及实现电纺纤维排列结构的可控性,对静电纺丝技术的发展提出了几点建议和展望。     

AIST开发燃料电池用耐CO高功能催化剂

日本国立先进科学技术研究院(AIST)开发出一种代替铂．钌合金催化剂的新型高功能催化剂,用于聚合物电解质燃料电池。这种用做铂催化剂的辅助催化剂是一种低成本有机金属复合物,它具有目前最好的耐CO污染水平,同时由于不含钌和减少铂用量,使生产成本降低为原先的1／3。该新型高功能催化剂因在有关燃料电池材料技术方面获得突破,因而引起人们的关注。     

加成型硅橡胶铂催化剂的制备及其活性研究

合成了几种不同的铂催化剂 (氯铂酸二乙烯基四甲基二硅氧烷 ,氯铂酸 -异丙醇 ,氯铂酸 -邻苯二甲酸二乙酯 )。考察了其对于有机硅橡胶加成聚合反应的催化活性 ,并从催化机理的角度初步探讨了催化剂不同活性差异的原因     

专利

燃料电池中聚合物负载催化剂电极及其制备方法;一种制备醇类燃料电池阳极铂钌／碳二元复合催化剂的方法;低温高辐射碳纤维电热辐射管;多孔纳米碳-聚乙烯醇水凝胶人工角膜;     

Ni-Cr-Co氧化物纳米催化剂对甲醇阳极氧化的电催化性能研究

采用了热分解法合成Ni-Cr-Co氧化物纳米粒子,并用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的阳极电催化剂。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对催化剂进行表征,制得的纳米催化剂均匀分散,且粒径为25~50 nm。利用循环伏安法(CV)对不同金属摩尔比和焙烧温度下的催化剂在甲醇氧化反应中的活性进行了研究。结果表明,Ni-Cr-Co(摩尔比为1∶1∶1.5)的纳米氧化物对甲醇氧化反应的起始电位、峰值氧化电流密度和If/Ib分别为0.38 V,19.3 mA/cm2和1.72,表现了很好的电催化性能。     

乙醇电催化氧化反应动力学分析与研究进展

乙醇是一种很有吸引力的燃料电池电动汽车燃料。乙醇电催化氧化反应动力学研究对于直接醇类燃料电池和间接醇类燃料电池的阳极电催化剂开发有重要作用。本文依据反应机理和阳极电催化剂活性对乙醇的电催化氧化反应动力学进行了讨论，介绍了先进的微分电化学质谱技术在乙醇电催化反应动力学研究中的应用。     

苯加氢用铂催化剂硫中毒及其再生的研究

以硫化氢为硫源,考察硫对苯加氢用铂催化剂性能的影响及其再生性能。结果表明,对苯加氢反应而言,铂催化剂的活性随原料气中硫含量和运行时间的增加而呈下降趋势。因此,为使苯加氢反应长时间稳定运行,宜将其原料气中的硫控制在2.0×10-6(体积分数)以下,在1.0×10-6(体积分数)以下最佳。铂催化剂的硫中毒是可逆的,去除毒源后,其活性逐渐恢复至正常水平。     

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。     

铂纳米复合材料的氢氧室温催化性能

采用静电自组装法制备了铂纳米复合材料,作为铁镍电池充电过程中产生的氢气和氧气的有效复合催化剂.使用阳离子聚电解质聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)对电负性的石墨烯表面进行功能化修饰,赋予石墨烯表面正电性,在进一步静电吸附氯铂酸根离子(PtCl62-)后,使用硼氢化钠还原制备出铂纳米复合催化剂(Pt/PDDA-gra-p...     

PdCu/介孔石墨烯纳米片的制备及电催化性能

铂(Pt)及铂基材料是改善氧还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)中动力学的高效催化剂,但Pt的低储量和高成本限制了其大规模应用,设计新型的无Pt高效电催化剂被认为是开发商业化燃料电池的核心挑战.采用MCM-22分子筛为硬模板,蔗糖为碳源,制备出介孔石墨烯纳米片(MGN),并且采用简单的化学还原法将小尺寸的PdCu...     

燃料电池用石墨烯基钯合金催化剂研究进展

近年来，高效、清洁电极催化剂的开发已成为人们的研究热点，石墨烯基纳米催化剂由于其出色的电催化性能和强大的协同效应而受到越来越多的关注。综述了石墨烯和石墨烯基钯合金纳米电催化剂的种类以及它们在燃料电池领域的应用，为其实际商业化生产提供了有效策略。最后指出了石墨烯基钯合金催化剂发展中面对的挑战和未来研究方向。     

铁基纳米粒子氧还原电催化剂的研究进展

氧还原反应是锌-空气电池等能源转换器件的阴极核心反应，但受限于阴极氧还原反应迟缓的动力学过程，制约了电池的整体效率。Pt/C、RuO₂等贵金属材料是氧还原反应中普遍使用的电催化剂，由于存在成本因素、稀缺性及耐久性不佳等问题，为此寻求成本低廉、高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂成为了当前最重要的研究目标。主要阐述了氧还原反应机理、杂原子掺杂铁基纳米粒子催化剂的研究现状，并在此基础上提出了尚待解决的问题和发展方向。