基于氮掺杂纳米碳材料的直接甲醇燃料电池催化剂的研究进展

寻求清洁、无污染的新能源是全球可持续发展迫切需要解决的重大课题。直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cells)因其操作温度低、能量效率高、污染排放少及燃料便于运输等优点,受到了人们的普遍关注。其中电极催化剂材料是决定直接甲醇燃料电池性能、寿命和成本的关键因素之一。近年来,纳米碳材料和掺杂技术的兴起有力推动了直接甲醇燃料电池的发展。综述了氮掺杂纳米碳材料在直接甲醇燃料电池电极催化剂方面最新的研究进展,主要对氮掺杂纳米碳材料的制备方法、微结构调控和对甲醇氧化及氧还原反应的促进机理作了详细的评述,并展望了氮掺杂纳米碳材料作为直接甲醇燃料电池电极催化剂的发展趋势。     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂PtCo/ZrO_2-RGO的制备及性能研究

实验采用Hummers法合成氧化石墨(GO),浸渍还原法一步还原氧化石墨和贵金属盐及金属氧化物,制备了纳米ZrO_2掺杂石墨烯负载PtCo(PtCo/ZrO_2-RGO)催化剂,利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对其进行表征,运用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究纳米PtCo/ZrO_2-RGO对甲醇电催化氧化活性和稳定性,正向阳极峰电流密度(If)与反向阳极峰电流密度(Ib)的比值可反应甲醇的氧化率以及中间含碳物质的中毒耐受性,PtCoRGO和PtCo/ZrO_2-RGO的If/Ib值分别为2.67和3.20。在1 000次循环之后PtCo/ZrO_2-RGO的I_n/I_0值仍是91%,高于PtCo-RGO的I_n/I_0的值88%。     

α-MnO2/石墨烯纳米复合物的合成及其电化学性能研究

通过回流原位复合方法制备了α-MnO2/石墨烯纳米复合物.通过X-射线衍射(XRD)和热重方法分别对样品进行晶体结构分析和石墨烯含量的计算.采用恒流充放电和交流阻抗法研究石墨烯的添加对α-MnO2负极材料电化学性能的影响,结果表明,在本实验条件下,添加13.5％石墨烯的纳米复合物具有最优的电化学性能,在电流密度为50 mA/g时,循环15周之后,充放电容量分别比纯α-MnO2提高了94mAh/g和117mAh/g.随着石墨烯添加量的增加,复合电极的电荷转移电阻减小,交换电流密度增加,有利于电化学反应的进行.     

铂基金属-氧化物纳米催化剂研究进展

直接乙醇燃料电池(DEFC)具有无毒,低成本和易操作等优点,被认为是最有前景的能源之一。铂基纳米材料在许多反应中均具有优异的催化性能,其制备调控和性能改进吸引了大量的研究和关注。通过分析铂基纳米催化剂在乙醇氧化反应中的机理,综述了铂-氧化物以及铂金属-氧化物纳米催化剂的设计制备和性能的研究,详细介绍了氧化物在直接乙醇燃料电池氧化反应中的作用。     

基于TiO_2/石墨烯的光催化材料降解腐殖酸

针对水热法制备的氮掺杂TiO_2/还原氧化石墨烯纳米颗粒(NTG)分离回收性及稳定性差的问题,采用电化学法制备了氮掺杂TiO_2纳米管/还原氧化石墨烯复合膜(ENTG),并通过场发射扫描电镜(FESEM)等表征其特性。结果表明,ENTG中纳米管阵列的管径约为167 nm、管长约为6μm,TiO_2晶型为锐钛矿相,氮以间隙掺杂形式进入TiO_2晶格。不同光催化剂(TiO_2纳米管TNT、氮掺杂TiO_2纳米管N/TNT、NTG、ENTG)对腐殖酸(HA)的去除效果表明,当HA浓度较低时,4种光催化剂去除HA的过程均符合准一级动力学模型;无论在紫外光区还是可见光区,ENTG的光催化性能均优于其他3种催化剂,且在可见光区去除HA的效果更好。另外,光催化重复试验结果表明,ENTG分离回收方便且催化稳定性较好,在饮用水处理领域具有较大的应用潜能。     

微生物燃料电池La_(0.7)Sr_(0.3)CoO_3/PANI阴极催化剂的制备及催化性能

采用原位聚合法合成了La0.7Sr0.3CoO3/PANI复合材料微生物燃料电池(MFC)阴极催化剂。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)对所制备催化剂进行结构和微观形貌表征。采用循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对复合材料进行电化学性能的分析。结果表明,聚苯胺(PANI)含量的差异导致催化剂的活性有较大区别,在磷酸盐缓冲溶液中含PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂表现出了良好的活性。将所制备催化剂应用于单室微生物燃料电池阴极,结果显示,PANI质量分数为6%的La0.7Sr0.3CoO3/PANI对应MFC的最大功率密度258.91mW/m2,相应开路电压达642.7mV。这表明La0.7Sr0.3CoO3/PANI催化剂具有显著的催化活性,为需求有效MFC阴极催化剂材料提供了新途径。     

两种二氧化硅负载钯催化体系的制备及其在4-硝基苯酚催化降解中的应用

采用一步合成法和分步合成法制备了胺基改性二氧化硅,并通过浸渍法制备得到两种二氧化硅负载钯的催化体系.通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和马尔文激光粒度仪等分析方法对催化体系的微观结构和催化性能进行了研究,并对比了这两种催化体系的催化活性和循环使用性能.实验结果表明,由一步法和分步法制得的催化体系的直径分别为3.15μm和0.35μm左右,均能很好地负载金属钯,制备出两种含钯的高效催化剂.它们对模拟污染物4-硝基苯酚都有较高的催化活性,但在循环性能测试中,采用一步法得到的催化体系比分步法制备的体系表现出更好的催化活性.     

电化学增强催化的研究进展

电化学增强催化(EPOC)通过电化学方式可在线控制化学反应进程,施加较小的电流或电势可以引起催化反应速率、产物产率或选择性有显著的变化,是近30年来电化学领域最令人激动的发现,对催化和电化学具有重大影响。本研究综述EPOC机理、研究应用进展,建议进一步研究EPOC的方向和技术路线。研究了EPOC型燃料电池堆反应器(MEPR),探索其传递特性、调控机制,有望获得基础性、前瞻性、战略性的科技成果。随着燃料电池的发展,催化膜成本将进一步降低,催化效率将显著提高,这种新型反应器最终将能满足工业规模化生产要求。     

二硫化钼花状纳米颗粒作为高性能锂离子电池负极材料的研究

在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)形貌调节剂的辅助下,采用水热法合成了均匀的二硫化钼花状纳米颗粒。制得的二硫化钼花状纳米颗粒半径约为150nm。花状的纳米结构能够有效地缩短锂离子传输距离,提供更多的电化学活性位点,从而提升材料的电化学性能。将其用作锂离子电池负极材料,二硫化钼花状纳米颗粒在电流密度为100mA/g的情况下,呈现1 038mAh/g的高比容量,且具有较好的循环特性,循环100圈后容量保留率达到86%,在大的电流密度5 000 mA/g下,容量仍可保留655mAh/g,展现了优异的倍率性能。     

F掺杂TiO2的制备及其甲醇电氧化性能研究

采用水热法制备了F掺杂的TiO2,将其与碳黑机械混合制成复合载体,采用微波辅助加热乙二醇法制备了载Pt电催化剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对F-TiO2进行了表征,结果表明,F掺杂后,TiO2仍然呈锐钛矿结构,形貌呈纳米片层结构。Pt/F-TiO2-C催化剂表现出很好的催化活性和稳定性,循环伏安法和计时电流法的测试结果表明,复合载体中F的加入有利于甲醇的电催化氧化,提高了Pt对甲醇氧化的抗毒化能力,使其质量比活性是商业Pt/C催化剂的1.2倍。