Ce_(0.8)M_(0.2)O_(2-δ)(M=Co,Fe,Mn)用于天然气中温SOFCs阳极的研究

采用溶胶-凝胶法合成了过渡金属掺杂的CeO2新型中温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阳极材料Ce0.8M0.2O2-δ(M=Co,Fe,Mn)(20 CDC、20 FDC、20 MDC).采用共压-共烧结法制备了以NiO-20 CDC、NiO-20 FDC、NiO-20 MDC复合阳极为支撑、以Ce0.8Gd0.2O2-δ(GDC)为电解质、以La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3-δ(LSCF)-GDC为复合阴极的单电池.利用XRD、SEM等方法对阳极材料进行了物相结构和微观形貌分析.在400～700℃范围内,以湿天然气(3%H2O)为燃料气、氧气为氧化气测试比较了三种电池的放电性能.结果表明:所制的20 CDC、20 FDC、20MDC粉体均为萤石型结构;在制备的电池中,(50%)NiO-20 CDC阳极材料具有良好的孔道结构,且具有最佳的电化学性能,在650℃时其最大电流密度为148.84 mA/cm2,最大比功率为30.91 mW/cm2.     

ZIF衍生氧还原反应催化剂的研究进展

从沸石咪唑酯骨架材料(ZIF)衍生的含过渡金属催化剂出发,介绍ZIF衍生催化剂前驱体的制备和热解温度、气氛对催化剂的影响,总结ZIF衍生的铂和非贵金属催化剂材料用于氧还原反应(ORR)的研究进展.提出有关ZIF衍生ORR催化剂发展面临的实际应用挑战和活性位点探究问题.     

Co-N-C碱性氧还原催化剂的合成与性能研究

在燃料电池应用中研究开发低成本高性能过渡金属氮碳催化剂材料替代高成本贵金属催化剂具有重要意义。以不同比例的四水合乙酸钴和三聚氰胺混合作为前驱体,采用热解法合成了不同Co含量的Co-N-C催化剂。采用XRD、SEM、XPS等分析技术表征了样品的结构形貌,在碱性电解液中测试分析了Co-N-C催化剂的电催化性能。结果表明,Co-N-C(1∶10)催化剂具有优异的电催化活性,在碱性电解质中的半波电位为0.86 V,与商业20%(质量分数)Pt/C催化剂半波电位相当。该Co-N-C催化剂表现出良好的循环稳定性,2 000次循环后半波电位向左偏移10 mV,略优于商业Pt/C的循环稳定性。     

燃料电池碳基非贵金属催化剂设计与制备

燃料电池凭借安全环保和高能量转换效率而备受关注,其关键材料催化剂却十分依赖贵金属铂(Pt),铂元素的成本和储量问题严重限制其大规模应用,开发可替代铂基的非贵金属催化剂十分重要.本文设计了FeCoMn修饰的N掺杂碳非贵金属催化剂,以氧化石墨烯为基底,掺入N并以FeCoMn过渡金属元素修饰,成功制备出具有三维骨架的高活性和稳定性的碳基非贵金属催化剂,研究了其对氧气还原反应(ORR)的催化活性.研究结果表明,随着Mn元素含量的增加,N掺杂量会增加,从而增强其ORR催化活性;但是Mn含量过高会导致金属纳米粒子的增大,从而降低其比表面积,使得催化活性下降.其中,以FeCoMn=1 ∶1∶2制备的FeCoMn修饰N掺杂碳催化剂具有最高的催化活性,其ORR起始电位为0.9 V、半波电位为0.85 V,同时比未添加Mn的样品具有更大的极限电流密度.     

聚合物电解质燃料电池中的酞菁催化剂

为了降低聚合物电解质燃料电池(PEFC)的成本,提高直接甲醇聚合物电解质燃料电池(DMFC)中正极催化剂对甲醇渗漏的不敏感性,开发全新的氧还原电催化剂以替代传统的铂(Pt)催化剂的工作正在展开。详细描述了金属酞菁类大环化合物(MPc)代替Pt在PEFC中作为氧还原电催化剂的使用和各种MPc构型及处理方法对氧还原电催化活性的影响。从理论上对MPc的氧还原电催化机理进行了介绍,并给出金属酞菁类化合物在PEFC中作为氧还原催化剂的使用方法。     

Mn/Fe改性碳基催化剂低温脱硝特性

以椰壳活性炭为载体,以硝酸锰和硝酸铁为活性添加组分,采用硝酸氧化、等体积浸渍、中低温煅烧等相结合的方法,制备了Mn-Fe/HAC碳基催化剂。利用固定床脱硝实验台对碳基催化剂脱硝性能进行了评价,并结合傅里叶转换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、N₂吸附-脱附、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)-mapping和X-射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectrometry,XPS)等表征结果,探讨了碳基催化剂脱硝及其抗硫抗水机理。结果表明,Mn改性可以显著提升碳基催化剂的脱硝效率,Mn和Fe共同改性在有效提高碳基催化剂脱硝效率的基础上,使得其脱硝窗口温度下移至120℃。Mn-Fe改性催化剂的最佳负载量为7%Mn和0.5%Fe,最佳煅烧为中温400℃氮气煅烧与低温200℃空气煅烧组合煅烧法。Fe添加有效促进了Mn在碳基催化剂表面的均匀分布,并显著提高了Mn⁴⁺和表面吸附氧(O_α)的含量。在6%O₂     

新型炭载TM-N/C氧还原反应催化剂的研究进展

燃料电池氧化还原反应具有反应速度慢、反应途径多样性的不利特点,需在催化剂作用下才能进行。对铂基催化剂的依赖使质子交换膜燃料电池(PEMFC)成本过高,限制了其大规模商业应用。研究成本低廉、有良好的ORR催化活性、对电子反应途径有好的选择性、对甲醇有耐受性、良好的稳定性的阴极催化剂是PEMFC实现大规模商业化使用的关键。过渡金属TM-N/C催化剂是近几年兴起的一类氧还原反应催化剂,被认为是最有希望取代铂基催化剂的产品。从影响催化性能的因素、催化活性位两个方面综述了TM-N/C氧还原反应催化剂的研究发展状况。     

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)。     

燃料电池铂系和非铂系催化剂的研究进展

随着人们对化石能源和环境的关注度的提高,对能源的需求和要求与日俱增,新能源的开发无疑是目前人们面临的重大挑战之一。燃料电池应运而生,它极大地满足了人们对高性能、高利用率以及具有环境友好型的可再生能源的探求。但目前燃料电池商业化主要受困于其高昂的催化剂成本以及缓慢的阴极氧还原反应。阴极氧还原反应是燃料电池的基本反应,因其具有较高的过电势(300～400 mV)而动力学反应缓慢,故需加入催化剂以提高其反应速率。本文分别从铂系和非铂系两个方面介绍了燃料电池的阴极催化剂,并总结了提高催化剂性能的途径。     

直接甲醇燃料电池中阳极催化剂的研究进展

甲醇燃料电池的优点和性能很吸引人.甲醇的电化学氧化必须用贵金属或其合金作催化剂.文中综述了甲醇阳极催化剂的研究进展,详细介绍了铂作催化剂时甲醇氧化的催化机理,铂合金和ABO_3型催化剂减少毒害作用的原因.     

LiMPO_4(M=Fe,Mn)研究进展

锂离子电池以其工作电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、污染小、自放电小、循环寿命长等优点成为21世纪的理想能源材料和当前的研发热点领域。其中,LiMPO4(M=Fe、Mn)因其安全、稳定、环保、资源丰富等优点成为锂离子电池中的佼佼者,尤其是LiMn PO4有望成为解决问题的突破口。为此,综述了LiMPO4正极材料有包覆、掺杂、缩小粒径、定向生长和3D"微纳结构"五个主要发展阶段,指出合成3D"微纳结构"电极材料是当前的一个重要研究方向。     

Ir-Ru/C催化剂对氧还原的电催化性能

用四氢呋喃(THF)络合还原法制备了直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极用Ir-Ru/C催化剂,研究了n(Ir)∶n(Ru)对Ir-Ru/C催化剂对氧还原的电催化活性和抗甲醇能力的影响.当n(Ir)∶n(Ru)= 3∶1时,Ir-Ru/C催化剂具有很好的抗甲醇能力,对氧还原的电催化活性好于n(Ir)∶n(Ru)=1∶1和2...     

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.     

MPc-Pt／C复合催化剂的甲醇氧化催化活性研究

介绍了用浸渍法制各金属酞菁（MPc,M=Fe、Co、Ni、Cu）掺杂Pt／C抗甲醇中毒复合催化剂。TEM图显示,Pc在复合催化剂中分散性良好,没有发生大的团聚。运用循环伏安法系统评价了这几种复合催化剂的甲醇氧化参数,甲醇氧化峰电流（If）与中间产物氧化峰电流（Ib）的比值If/Ib以及甲醇氧化单位质量峰电流密度Im,得到催化活性强弱顺序：CuPc-Pt／C〉NiPc-Pt／C〉CoPc-Pt／C〉FePc-Pt／C,即促进甲醇氧化的催化活性随金属酞菁中心金属离子3d轨道电子数增加而递增。MPc-Pt／C复合催化剂基本都要在40次循环以后If/Ib比值趋于稳定,其中CuPc-Pt／C稳定性最好。     

乙二醇法制备质子交换膜燃料电池铂碳催化剂的研究

质子交换膜燃料电池因为具有能量密度高、环境友好、噪音小、便携等优点,正得到越来越多的关注,其中的核心部件之一—催化剂层,目前主要使用铂碳催化剂制得。在使用乙二醇法制备燃料电池铂碳催化剂的实验中,首先通过调节乙二醇与水的质量比,获得了不同电化学性能的铂碳催化剂。进而探究了不同反应温度对制得铂碳催化剂电化学性能的影响。通过实验发现,较高的反应温度可以适当提升催化剂氧还原活性;而较低温度下,铂会缓慢还原成尺寸较大的铂纳米颗粒,因此,浆料的搅拌过程也会影响所得催化剂的性能。通过调节反应时加入氢氧化钠的质量,获得了不同粒径分布的铂碳催化剂,并探究了其电化学性能。实验结果表明,铂碳催化剂制备过程中,乙二醇与水的比例、反应温度、搅拌时间、氢氧化钠加入量都会对所制得铂碳催化剂的电化学性能产生影响。     

燃料电池氧电极催化剂的研究现状

燃料电池是一种环境友好的发电装置。氧还原反应阴极催化剂对燃料电池的性能起着非常关键的作用。因此,开发高效的氧还原催化剂一直是燃料电池工作者非常关注的课题。综述了近几年燃料电池阴极催化剂的研究进展,提出了存在的问题和可能的发展趋势。     

碱性体系中AuFe/C催化剂对甲醇的电化学氧化

通过在水-乙醇体系并有十二烷基苯磺酸钠(DBS)存在的条件下用KBH4还原HAuCl4和FeCl3制备了AuFe/C催化剂。通过热处理和酸洗过程实现催化剂中Au和Fe的合金化及去除催化剂中未合金化的Fe。X射线衍射(XRD)测试结果显示,AuFe/C催化剂的合金化程度随着热处理温度的升高而增强。透射电镜(TEM)观测结果表明,AuFe/C催化剂中AuFe纳米粒子的粒径随着热处理温度的升高而增大。在400℃下热处理时,由于催化剂中的AuFe纳米粒子既能满足一定的合金化程度,又能保持较小的粒径,AuFe/C催化剂表现出良好的比质量和比表面积活性。