硫酸盐体系电积金属镍中活性涂层钛阳极的研制

本文研制了一种新型活性涂层钛阳极,在硫酸盐体系电积金属镍中,与通常使用的铅银阳极相比,具有较低的槽电压和电能消耗,每生产1t 镍可节省电能485.72kW·h 左右。新型阳极运转寿命长,在工作电流密度700A/m~2下),连续运转24 264 h.电化学研究表明,所研制的阳极对析氧反应具有很高的电催化活性,交换电流密度 i°值为23.44×10~(-5)A/cm~2,比铅银阳极的高两个数量级.对活性涂层钛阳极失效原因进行了分析.     

纳米粒子改性的双金属纳米片阵列的析氧性能北大核心

过渡金属氧化物和氢氧化物因具有较低的成本和良好的活性等优势已逐渐成为新一代析氧反应(OER)的催化剂,然而,其较高Tafel斜率阻碍了它们取代常规Ir和Ru基催化剂。通过低温自沉积法在导电ITO基底上合成了NiO纳米片阵列,之后基于不同的钴盐在非极性溶剂(例如丙酮)中的活性不同而对NiO纳米片阵列进行修饰,成功构建了不同结构的混合过渡金属纳米片阵列,其中氯盐的引入会在NiO纳米片上产生刻蚀的效果而生成多孔的CoNi-O纳米片,而硝酸盐的引入会在NiO纳米片表面二次生长而生成分枝CoNi-O纳米片。Co盐的引入不仅赋予了材料独特的纳米结构,也提高了NiO纳米片阵列的析氧能力。相比于纯的NiO纳米片(56.9 mV/dec),修饰后所获得的多孔CoNi-O纳米片(33.7 mV/dec)和分枝CoNi-O纳米片(29.1 mV/dec)在0.1 mol/L的KOH电解液中具有较小的Tafel斜率。因此,通过表面修饰来构建不同形貌的混合氧化物电极材料的设计策略可以为设计具有较高催化活性和实用的OER催化剂提供经验。     

Mo掺杂La0.8Sr0.2Co1-xMoxO3-δ的电催化析氧、析氢性能研究

电解水制氢是一种清洁、高效和安全的技术,极具发展潜力的制氢手段。电解水制氢过程中,阳极析氧（OER）和阴极析氢（HER）动力学缓慢,需要较高的过电位突破能量壁垒,导致耗能较高。高效OER和HER催化剂的使用是提高电解水效率的关键,开发高活性、高稳定性和低成本的OER和HER双功能电催化剂,可极大促进电解水制氢的产 业化发展。钙钛矿氧化物（结构式ABO₃）电催化剂具有储量丰富、结构与成分易调控等优点,在电催化水分解制氢催化剂的研究中广受关注。钙钛矿氧化物的B位离子掺杂是增强其电催化活性的常见策略,合理选择B位掺杂元素的种 类和含量,不仅可调控钙钛矿氧化物的晶体结构、获得更高的催化活性,还可赋予其双功能催化性能。以La_0.8Sr_0.2CoO_3-δ钙钛矿氧化物为原料,通过高价Mo离子掺杂,采用固相合成法制备了La_0.8Sr_0.2Co_1-xMo_xO_3-δ（LSCM,x=0、0.05、0.1、0.2）系列钙钛矿材料,研究了Mo掺杂量（质量分数）对钙钛矿材料电催化析氧和析氢性能的影响。结果表明,掺杂少量Mo元素,不会改变LSCM的物相和微观形貌,但可有效提升OER和HER的催化活性,其主要原因是Mo掺杂改变了Co的价态、氧空位和晶体结构对称性。适量Mo元素掺杂对LSC钙钛矿氧化物的析氢和析氧性能均有提高,但随着Mo掺杂量增多,LSCM的OER和HER催化活性均开始下降。当Mo质量分数为5%时,La_0.8Sr_0.2Co_0.95Mo_0.05O_3-δ（LSCM-5）具有最优异的OER和HER催化活性,在10 mA?cm^-2电流密度下,OER和HER过电位分别为457和320 mV,Tafel斜率分别为89和32 mV?dec^-1。本研究证明,B位Mo掺杂,对开发低成本、高性能的析氢和析氧双功能钙钛矿氧化物电催化剂具有一定实用价值。     

Ce含量对Ti/IrO_2-SiO_2-CeO_2电极电催化性能的影响

为降低析氧电位,改善电极表面形貌,制备电催化性能良好的Ti基IrSi电极,在煅烧温度为450℃条件下,采用热分解法制备了不同Ce含量的Ti/IrO_2+SiO_2+CeO_2氧化物电极,采用SEM对电极的表观形貌进行表征,采用循环伏安曲线、析氧极化曲线及交流阻抗图谱对电极的电催化性能进行表征。结果表明,添加适量Ce可使晶粒分散均匀,裂纹数目增多,电极表面变得平坦、致密、均匀,同时析氧电位降低,孔隙率增加,电催化活性大大提高。但过量Ce又会对电极电催化性能产生不利影响,Ce含量达到10%时,裂纹数量最多且分布均匀,涂层形貌良好,析氧电位达到最低,为1.23V,电催化性能达到最佳。     

电化学析氢镍基合金材料研究进展

氢气作为一种新型绿色的可再生能源,不仅能有效缓解能源危机问题,而且还可以保护环境。过渡金属镍发现在碱性溶液中具有较高的析氢活性;由于邻近杂原子具有改变镍原子表面吸附能/解吸能的能力,还可以为某些中间体提供吸附/解吸中心,因此镍基合金的形成更有利于促进镍的电化学析氢反应。本文综述了近年来二元及多元镍基合金材料的制备方法,探讨了材料结构与电催化析氢性能之间的联系。并在此基础上,对电催化析氢镍基合金材料的研究方向和应用前景进行了展望。     

Mn掺杂Co3O4电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应（OER）作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物（AB₂O₄）具有特殊的电子结构和优异的OER 性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co₃O₄电催化剂Mn-Co₃O₄,研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co₃O₄的OER催化性能。制备的Mn-Co₃O₄ 催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA?cm^-2下,其过电位分别为 270和335 mV。Mn-Co₃O₄同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV?dec^-1。此外,Mn-Co₃O₄还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA?cm^-2下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路 。     

IrO2·Ta2O5涂层钛电极电化学性能的研究

与PbAg电极、RuTi涂层电极相比,IrTa涂层钛电极析氧电极电位较低,电催化活性高.测量析氧电极电位时,用汞-硫酸亚汞电极(MSE)作参比电极,可避免溶液不同带来的测量误差.IrTa涂层钛电极适合在较高槽电压下电解运转.     

IrO2·Ta2O5涂层钛电极电化学性能的研究

与PbAg电极、RuTi涂层电极相比,IrTa涂层钛电极析氧电极电位较低,电催化活性高.测量析氧电极电位时,用汞-硫酸亚汞电极(MSE)作参比电极,可避免溶液不同带来的测量误差.IrTa涂层钛电极适合在较高槽电压下电解运转.     

IrO_2·Ta_2O_5涂层钛电极电化学性能的研究

与PbAg电极、RuTi涂层电极相比,IrTa涂层钛电极析氧电极电位较低,电催化活性高.测量析氧 电极电位时,用汞-硫酸亚汞电极(MSE)作参比电极,可避免溶液不同带来的测量误差.IrTa涂层钛电极 适合在较高槽电压下电解运转.     

二氧化铅电极改性及电催化降解焦化废水中蒽

为了研究电催化对焦化废水中污染物的降解效果,采用电沉积法制备了Ti/PbO₂、Ti/PANI/PbO₂和Ti/PANI/PbO₂-Ce三种电极,对电极进行扫描电镜和X射线衍射表征、电化学性能测试、产羟基自由基(·OH)能力测试和加速寿命测试。结果表明,经聚苯胺(PANI)和铈(Ce)改性的Ti/PANI/PbO₂-Ce电极具有更好的表面形貌和更高的催化活性,能产生更多的·OH,析氧电位为1.83 V,加速寿命时间为720 min。采用Ti/PANI/PbO₂-Ce电极降解焦化废水中的蒽,考察了主要因素对降解效果的影响,得到蒽的最佳降解条件为电压14 V,板间距1.0 cm,电解质浓度0.35 mol/L,反应时间120 min, pH值10。Ti/PANI/PbO₂-Ce电极显示了良好的电催化性能。     

MoS2/CMK-3复合材料的制备及其电催化析氢性能研究

以四硫代钼酸铵((NH4)2MoS4)为前驱体,采用溶液浸渍法合成了(NH4)2MoS4/CMK-3中间体,通过高温退火处理制备MoS2 /CMK-3复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)以及其他仪器分析方法对制备的MoS2/CMK-3复合材料结构和形貌等进行表征。同时对材料进行了电催化稳态极化曲线(LSV)、塔菲尔斜率(Tafel)、循环稳定性(CA)和电化学阻抗(PEIS)测试,分析了催化剂的电催化性能。结果表明,当MoS2/CMK-3材料的电流密度为10 mA/cm2时,过电位为141 mV,Tafal斜率为79.5 mV/dec。     

电沉积FeCoNi层状氢氧化物作为碱性水电解析氧反应催化剂的研究

在-0.8至-1.2 V（vs. SCE）的电位范围内,通过不同时间的电沉积,制备了FeCoNi层状氢氧化物。在-1.0 V下沉积600 s得到的FeCo5Ni13,均匀分布在NF基体表面,呈层状结构。FeCo5Ni13的层厚约30 nm,彼此交织形成蜂窝状,不仅提供了高的比表面积,还增强了FeCo5Ni13与基底之间的结合。FeCo5Ni13作为析氧反应的催化剂时,最低初始电位仅为1.48 V (vs. RHE),最小的过电位为100 mAcm-2时的310 mV,以及最低的Tafel斜率,仅为39 mVdec-1,表现出最佳的催化性能。在10 mAcm-2条件下电解120 小时后,FeCo5Ni13仍保持蜂窝结构并且催化性能几乎没有退化。因此,电沉积FeCo5Ni13层状氢氧化物在碱性水电解析氧反应中具有良好的应用前景。     

ZnO修饰碳布用于锂离子电池复合负极研究

通过溶剂热法和高温煅烧法得到ZnO修饰的碳布,并以此作为负极支架,使用热熔融法合成了Li-ZnO/CC复合负极材料。结果表明,ZnO颗粒能够降低锂的成核过电位,选择性调控锂沉积位置,使锂的生长得到初步控制,从而达到改善电池循环性能的效果。在对称电池和NCM523全电池中,Li-ZnO/CC复合负极材料的循环性能都优于裸锂箔; 在电流密度1 mA/cm²条件下,Li-ZnO/CC对称电池能保持至少400 h以上的稳定循环,并且保持10 mV左右的过电位; NCM523|Li-ZnO/CC全电池在0.3C下经过305次循环后,容量保持率仍有80.41%。Li-ZnO/CC复合负极材料是一种很有前途的可充电锂电池负极材料。     

制备工艺对CNTs/Pb复合阳极 的电催化性能影响

研究了粉末冶金技术制备CNTs/Pb复合阳极,讨论了碳纳米管浓度、烧结气氛、成形压力对锌电积用复合阳极电化学性能的影响。研究表明：复合阳极电催化活性随着电解液中碳纳米管含量的增加呈现先增后减的趋势,随着成形压力的上升也呈现出先增后减的趋势。在1 g/L CNTs,成形压力410MPa,真空环境烧结的较优工艺条件下,制得的CNTs/Pb复合阳极在500 A/m2的电流密度下阳极电位稳定在1.4468 V,较传统铅银阳极低了59.1 mV, 较纯铅阳极低了 173.2 mV。     

电镀法制备多孔光催化材料及其性能研究

以多孔泡沫镍为载体,采用电镀法制备多孔光催化材料,并研究其对水中罗丹明B的降解性能.结果表明,多孔光催化材料对水中罗丹明B的光催化降解反应严格符合零级动力学规律.最佳制备工艺条件为：电镀液中硫酸镍浓度180g/L;镀液中P25型纳米TiO2粉体投加量2g/L;电镀温度45℃;搅拌速度4档.Bi2O3和ZnO复合改性使产品的光催化性能提高,复合粉体中的Bi2O3和ZnO起电子-空穴分离的桥梁作用.纳米Bi2O3复合量达7%或ZnO复合量为2%时,产品的光催化性能最优.Ag修饰使经Bi2O3或ZnO复合的光催化材料的光催化性能有所提高.经Bi2O3复合的光催化材料的最佳Ag修饰量为1%,经ZnO复合的光催化材料的最佳Ag修饰量为4%.     

三维结构钴镍基双金属硫化物对超级电容器的影响[*]

采用水热法成功制备出三维结构NiCo2O4和NiCo2S4纳米材料,将其应用于超级电容器电极材料。通过XRD对材料的物相组成进行分析,用SEM和TEM对材料的表面形貌和结构进行观察分析,三维结构有利于电解液对电极材料浸润,从而极大地提升材料电化学性能。通过恒电流充放电、交流阻抗和长循环等电化学实验测试对比分析发现,双金属硫化物相比于氧化物具有更加优异的电化学性能,主要是由于硫元素具有更小的电负性且电化学反应活性较高。NiCo2S4电极材料恒电流充放电及长循环测试容量保持率分别为79.69%和76.66% ,与NiCo2O4材料的68.1%和59.64%相比展现出优异的稳定性能。     

稀土在铅基合金中的应用

研究稀土对铅基合金机械姓能、耐腐蚀姓能和电化学姓能的影响。结果表明，Pb—Ca—Sr—Ag(0．27％Ag)合金中添加0．03％RE，银含量由0．27％降为0．135％，析氧过电位降低约100mV。用该合金作锌电解用阳极板，可满足锌电解阳极板对合金材科的硬度和耐蚀姓要求，降低锌电解的槽电压，同时降低阳极板生产成本和锌电解生产成本。     

生物质桦木屑柱状多孔碳自组装纳米硅复合负极材料

本文采用KOH碱活化刻蚀方法构建三维柱状结构的桦木屑衍生多孔碳材料用于负载高容量纳米硅（SiNP）颗粒,以缓解半导体硅材料本身导电性差及体积膨胀大的问题。所制备的硅碳负极电池材料具有稳定循环性能和优异的倍率性能,通过电化学测量结果显示,在0.5A/g的恒电流密度下桦木屑衍生柱状多孔碳材料负载高容量（20%）纳米硅粒子的复合材料具有较高的贮锂性能:初始放电容量为1099.98mAh/g, 经过200次循环后比容量仍然稳定在1089.77mAh/g。这项工作为负载高容量电极的核孔结构提供了一条有前景的新思路。     

高值化利用含Sb(Ⅲ)废水制备Fe3O4/Sb2O4@C复合材料及其性能研究

采用液相还原法制备纳米零价铁(nZVI),以其吸附废水中的Sb(Ⅲ),得到nZVI/Sb颗粒; 将其在500 ℃下氧气煅烧8 h,制得Fe₃O₄/Sb₂O₄材料; 再以葡萄糖为碳源、600 ℃氮气热处理,制备了Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料,并对其性能进行了研究。结果表明,nZVI吸附含Sb(Ⅲ)废水的适宜条件为:中性溶液Sb(Ⅲ)初始浓度100 mg/L,nZVI投加量1.2 g/L,室温下吸附50 min,该条件下废水中Sb(Ⅲ)去除率为73%; 引入Sb₂O₄后,铁基负极的首次放电比容量高达1065.6 mAh/g; 包覆碳后,Fe₃O₄/Sb₂O₄@C复合材料电化学性能明显改善,100 mA/g电流密度下,循环150圈后放电比容量仍可保持在483.7 mAh/g,电流密度2000 mA/g时,放电比容量仍有118.2 mAh/g。