一种高效双功能电催化剂CoP/Co@NPC@rGO的制备

简单的热处理和热处理磷化ZIF-67/氧化石墨烯（GO）前驱体得到具有典型的多孔碳结构特征的CoP/Co@NPC@rGO纳米复合材料电催化剂。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和N₂等温吸脱附曲线等对其形貌、成分和结构进行分析和表征。采用线性扫描伏安法、电化学阻抗谱和计时电位法探讨了CoP/Co@NPC@rGO纳米复合电催化剂对氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）的电催化活性和稳定性。结果表明,CoP/Co@NPC@rGO?350在1.0 mol·L–1 KOH溶液中达到10 mA·cm?2电流密度的析氢过电位仅127 mV;同时,在1.0 mol·L–1 KOH溶液中显示出优于贵金属RuO₂的析氧性能,达到10 mA·cm?2电流密度的过电位为276 mV,塔菲尔斜率仅为42 mV·dec?1。这种高析氢和析氧电催化活性主要归因于高度石墨化的N掺杂多孔碳与N掺杂石墨烯之间的协同效应。CoP/Co@NPC@rGO是电催化全解水电催化剂的候选材料,且为基于金属有机骨架（MOFs）/氧化石墨烯复合材料的高效电催化剂的设计开辟了一条新的途径。      

稀土铈在电催化水分解中的应用研究进展

氢气(H₂)热值高、无污染，可以有效缓解日益严重的能源和环境危机；高效的电解水催化材料可以极大地降低水分解成氢气和氧气的过电位，提升水的分解效率。稀土元素铈(Ce)具有较强的氧化还原能力，将Ce引入电解水催化材料中可大幅提高电催化材料的催化效率，目前该类材料已经得到了国内外学者的广泛关注。文中主要介绍了Ce在纳米颗粒修饰、骨架、氢氧化物以及金属有机框架等方面构筑电催化材料，归纳了国内外含Ce催化材料在析氢反应与析氧反应中电催化性能和机理的研究进展，针对Ce或其他稀土元素在电催化材料中的应用进行了展望。      

外交变磁场对碳纸原位负载MOFs衍生氮掺杂多孔碳OER性能的影响

采用溶剂热法在碳纸(carbon paper, CP)表面分别原位负载2种金属有机框架(metal organic frame, MOFs)前驱体(记为Zn-MOF-74和ZIF-8),经900℃高温热处理后前驱体衍生为氮掺杂多孔碳,得到氮掺杂多孔碳@CP电催化剂材料,分别记为CP-Zn-MOF-74-900-N2和CP-ZIF-8-900-N2。研究CP的组成、孔结构以及外磁场强度对电催化剂OER(oxygen evolution reaction,析氧反应)性能的影响。结果表明,原位负载的ZIF-8在CP的纤维表面形成致密的棱形十二面体颗粒层,热处理后在纤维表面形成均匀的纳米级氮掺杂碳材料。ZIF-8-900-N2的比表面积为1 559 m2/g,孔径为0.57 nm,孔容为1.59 cm3/g,具有最佳的磁性能和磁致发热性能。碳纸和氮掺杂多孔碳@CP材料中,CP-ZIF-8-900-N2具有最小的OER过电势和Tafel斜率,分别为334 mV(电流密度为10 mA/cm2,经过iR矫正)和187 mV/dec (decade,十进)。当存在外磁场时,随磁场强度增大,催化剂的OE...     

无定形MoOx/C复合材料的制备与电催化析氢性能

钼基氧化物是典型的过渡金属氧化物,具有特殊的能带结构,是一种极具潜力的非贵金属电解水析氢催化材料。本研究利用溶液燃烧合成技术,以四水钼酸铵为钼源,葡萄糖为碳源,合成了无定形结构的MoO_x/C复合材料,研究了葡萄糖添加量对产物相态和显微结构的影响,评价了MoO_x/C的电催化析氢性能。研究表明,随葡萄糖添加量的增加,MoO_x的相态与形貌从粗大颗粒→细小颗粒和部分无定形态→完全无定形结构进行演变。当葡萄糖与钼源的摩尔比值为2.5时,可合成无定形结构的MoO_x/C复合材料,将其作为析氢催化剂,在0.5 mol/L H2SO4条件下的起始电位为132 mV,过电位(η10)为212 mV,塔菲尔斜率为84.9 mV/dec,具有良好的析氢催化性能和优异的循环使用稳定性,这归因于无定形结构提供了丰富的催化活性位点以及碳的引入提高了导电性和结构稳定性。     

MXene/磷化钴复合材料电催化制氢性能研究

针对传统电催化剂材料导电性差、活性位点易堵塞等问题,采用高导电性和优异亲水性的二维碳化钛钒(MXene)作为催化剂负载基底,在此基础上与具有高比表面积的金属有机框架衍生的磷化钴结合制备电解水制氢阴极材料。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、密度泛函理论计算(DFT)和电化学测试等手段,研究了复合电极材料的晶体结构、表面形貌特征、活性位点电子结构和电化学特性。结果表明,有机配体中的碳氮元素能有效调节电极材料中活性位点的电子结构,从而改善吸脱附动力学条件;二维MXene进一步降低了电极材料电荷转移电阻,所制备的催化剂在10 mA/cm²电流密度时仅需要114 mV的过电位,且长时间工作后依然保持稳定。研究结果为制备高性能非贵金属析氢催化剂提供了参考和思路。     

吸附法脱除废水中四环素的研究进展

为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe₃O₄/ZIF-9复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe₃O₄颗粒. Fe₃O₄的加入为ZIF-9提供了更多的成核位点,同时Fe₃O₄/钴盐比例的变化也会影响ZIF-9的成核与生长. 当Fe₃O₄/钴盐摩尔比为1∶1时,该催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率达到95.1%,催化反应10 min的伪一阶动力学常数达到0.101 min⁻¹,在pH为5～9范围内保持稳定的高催化性能. X射线光电子能谱（XPS）结果表明铁和钴位点之间存在电子转移,并且钴和铁的协同作用可以降低钴的还原电位,从而加速钴的价态变化,提升催化速率. 电磁共振实验（EPR）结果显示该催化剂可以活化过一硫酸盐生成单线态氧(¹O₂)、硫酸根自由基(相似文献   

碳酸盐沉淀法制备钴氧化物超细粉末前驱体

研究了以CoCl2为原料、碳酸氢铵为沉淀剂制备钴氧化物超细粉末前驱体,考察了反应温度、反应时间、物料加入方式及溶液pH对前驱体粒子形貌和煅烧后的钴氧化物粉体粒子的粒径及分布的影响。试验结果表明:在温度20℃左右、反应时间60min、pH为7.0~8.0、正滴定条件下,制得粒径约500nm、粒径分布均匀、沉淀率高且煅烧后呈松散软团聚状的钴氧化物粉体粒子。     

固-液球磨法制备纳米TiC锂电池负极骨架材料及其电化学性能

对纯钛粉和甲苯进行混合高能球磨,得到TiC粉体,粉体经750℃/1 h煅烧和二次球磨后,制成锂离子电池负极。对TiC粉末的物相组成与显微形貌进行分析与观察,测试TiC负极材料的充放电循环性能。结果表明,一次球磨后的产物中存在部分TiH2和WC杂质,通过真空煅烧及二次球磨处理可去除TiH_2杂质,并细化TiC晶粒尺寸,得到晶粒尺寸为12.5 nm的TiC粉体。TiC锂电池负极在长循环放电过程中放电比容量稳定,在电流密度为1 A/g下循环3 000次时放电比容量仍保持在110 (mA·h)/g。研究结果显示TiC具有优异的长循环性能,可作为Si负极材料的骨架材料。     

电沉积法制备自支撑Ni-Sn-B电极的显微结构与电催化析氢性能

为开发高效稳定的析氢电催化剂,采用恒电流电沉积法在镍网基底上制备自支撑的Ni-Sn-B析氢电极,通过扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪和电化学工作站等对电极的形貌结构、元素组成与电催化析氢性能进行表征和测试。结果表明,Ni-Sn-B电极表面由粗糙的胞状颗粒紧密堆积而成,具有非晶态特征结构。在碱性电解质中,Ni-Sn-B电极表现出优异的催化析氢活性和稳定性,在10m A/cm²电流密度下过电位仅为63 mV,比Ni-Sn和Ni-B电极的过电位分别降低38.2%和59.1%。电极的电荷转移电阻为1.56Ω,经过5 000次CV循环和72 h电解后,仍保持非常高的析氢活性。粗糙的表面形貌及非晶态结构使电极的电化学活性表面积和催化活性位点显著增加,同时B和Sn对Ni电子结构的调控,可有效降低电荷转移阻力,从而提升电极的电催化析氢性能。     

高能球磨活化二硫化钨的制备及其电催化析氢性能研究

采用高能球磨对商业二硫化钨进行活化处理,通过控制球磨工艺,制备出不同活化程度的WS₂析氢电催化剂。通过XRD、Raman、SEM、TEM、XPS等系列表征和电化学分析,系统研究其成分结构与电催化析氢性能。结果表明：在酸性电解液中,350 r/min球磨活化处理12 h后的WS₂样品表现出最佳析氢性能,其在电流密度为10 mA/cm²时的过电位η₁₀为245 mV,塔菲尔斜率为141 mV/dec,远优于未球磨样品,其性能提升主要归因于球磨过程中的高能撞击产生强力剪切和剥离作用,使晶粒破碎细化,比表面积增大的同时产生大量的孔洞缺陷和空位,暴露出更多活性位点和边缘缺陷。     

金属有机框架衍生Co3O4在碳烟催化燃烧中应用

以金属有机框架材料(ZIF-67)为前驱体,通过热解制备了具有规则形貌的四氧化三钴(Co3O4)催化剂,并以紧密接触状态下的碳烟催化燃烧为模型,测试了催化剂制备条件,如结晶时间和热解温度对碳烟催化燃烧性能的影响.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和低温N2吸脱附实验发现400 ℃热解制备的Co...     

喷雾干燥-煅烧制备钨钴氧化物粉末的反应机理

以偏钨酸铵(AMT)、醋酸钴Co(CH3COO)2·4H2O、有机碳为原料,通过喷雾干燥得到前驱体粉末,然后在氮气氛下煅烧制备钨钴氧化物复合粉末;并对AMT、醋酸钴及前驱体粉末进行TG-DSC-DTA分析,用XPS对钨钴氧化物粉末进行价态分析,以X射线衍射对钨钴氧化物粉末进行物相分析,用SEM对粉末进行形貌分析。结果表明:煅烧温度550℃、氮气流量6.5 m3/h、煅烧时间20 min制备的钨钴氧化物粉末粒度为10~125μm,平均粒度为50μm,产物为裂解碳、WO3、Co3O4。此温度可避免AMT分解生成的WO3在水蒸气作用下生成钨水化物WO2(OH)2;避免WO2(OH)2在H2作用下还原成W粉;及避免W粉沉积在早先被还原的W核上使W粉颗粒长大。     

泡沫镍基Ni-P-W-Mo析氢电极的制备与电化学性能

以硫酸镍、次亚磷酸钠、钨酸钠、钼酸钠等为原料,采用一步恒电流电沉积法在泡沫镍基底上合成Ni-P-W-Mo析氢电极,借助X射线衍射、扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱以及电化学测试等手段研究材料的表面形貌、元素组成以及电化学析氢性能。结果表明,Ni-P-W-Mo析氢电极在碱性溶液中析氢催化时有出色的催化活性和稳定性,仅需92 mV的过电位即可达到10 mA/cm²的电流密度,比Ni-P电极降低67 mV,电极的双层电容为42.98 mF/cm²,经过2 000次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后,析氢活性略微下降。Ni-P-W-Mo电极优异的催化性能可能是由于W、Mo的添加使电极的表面形貌更粗糙,电化学活性表面积和活性位点显著增加,同时自支撑电极结构可以有效降低界面传输电阻,提高电荷传输效率。     

氧阴极节能环保制备电解二氧化锰新方法

采用石墨、铜等析氢阴极进行电解二氧化锰(EMD)生产时存在高耗能、环境污染、安全隐患等问题,用高电位的气体扩散电极(GDE)等氧阴极代替传统的析氢阴极,在阳极反应不变的情况下,可以使传统EMD方法的理论槽电压降低1.229 V,同时阴极不会析出氢气也可减少酸雾的产生。对此"节能环保型氧阴极电解二氧化锰新方法"的研究证实:阴极用GDE后,在电流密度范围20～140 A/m2,与传统Cu和电催化活性特别好的Pt析氢阴极反应电解槽相比,使用Pt/C型GDE氧还原阴极反应EMD新方法的槽电压和能耗仅为他们的1/3～1/2。对阳极沉积出的粉末进行XRD分析也表明是所要求的EMD(γ-MnO2)。新方法已取得专利授权。     

碳酸钴不同煅烧工艺对氧化钴相成分和形貌的影响

研究不同煅烧工艺对碳酸钴分解获得氧化钴粉末的相成分和形貌的影响。结果指出:在含氧气氛充足下,500~700°C范围都分解获得单相Co_3O_4粉末;随煅烧温度升高,Co_3O_4的粒度增大;低于700°C,可获得纳米级晶粒的Co3O4粉末,但温度过低时,获得的氧化钴粉末经研磨破碎后再团聚严重;高于700°C,晶粒急剧长大。随通风量和含氧气氛降低,氧化钴粉末中CoO的含量增加。随CoO含量增加,相同工艺下氢还原获得钴粉粒度变化较小,但氧含量下降,且FCC-Co相增多。     

金属有机框架(MOFs)衍生物的制备及其在电催化方面的应用

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或团簇和有机配体组成的、由中等强度的配位键连接起来的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。MOFs具有比表面积大、孔隙度高、结构多样性及孔道表面可修饰等特点,因此, MOFs衍生材料在催化领域得到了广泛的研究和应用。近年来,在电化学催化领域,大量的由MOFs衍生得到的碳纳米材料或纳米颗粒与碳的复合物被运用于电催化时表现出优异的催化性能。为了制备出具有不同催化功能且高效的MOFs衍生物催化剂,需要重点关注MOFs材料本身的特性(结构、杂原子掺杂等)与热处理条件(活化气氛、温度、时间和加热梯度)等条件对催化剂电催化性能的影响。因此,主要从不同金属中心离子的角度介绍了以MOFs为前驱体制备多孔碳纳米材料、纳米颗粒/碳复合物的方法及其在还原反应(ORR),析氢反应(HER)两大电化学催化方面的应用,并对MOFs衍生物催化剂未来的发展趋势进行了展望。     

浅谈高性能锆酸钆粉末的制备

为制备适用于等离子喷涂及陶瓷压制的锆酸钆粉体,本工作以纳米锆酸钆为主要原料,采用喷雾造粒法,制备出了D_(50)=20μm,松装密度为1.82g/cm~3的均匀球状锆酸钆粉体。研究了锆酸钆料浆组成以及粉末煅烧对造粒粉末性能的影响,结果表明当有机粘接剂PVA含量为3%,固含量为50%时,粉末流动性好,颗粒均匀,缺陷较少。     

高活性复合多孔泡沫NiZn合金电极的制备与表征

采用电沉积、热处理与HCl腐蚀相结合的方法制备了具有纳米孔隙结构的复合多孔泡沫NiZn合金电极,用扫描电子显微镜(SEM)观测了电极的表面形貌,用能谱分析(EDS)研究了电极成分,采用氮吸附法对比了电极的比表面积和孔径,用X射线衍射(XRD)分析了电极相组成,用阴极极化曲线研究了在30%KOH(质量分数)溶液中电极的析氢电催化性能。结果表明,经600℃热处理后,泡沫NiZn合金电极形成孔隙结构,通过10%HCl进行腐蚀,在合金孔隙骨架表面形成纳米层状结构。与泡沫镍电极相比,泡沫NiZn合金电极比表面积更大,且纳米材料具有良好的催化活性,在电流密度200mA·dm-~(2)时,600℃处理后和HCl处理后的泡沫NiZn合金电极析氢过电位分别降低了222,276mV,说明该复合多孔泡沫合金电极可以显著降低析氢过电位,提高电极的析氢活性。     

表面纳米化处理对IF钢电化学析氢行为的影响

利用阴极极化曲线、交流阻抗谱,对超音速微粒轰击（USPP）表面纳米化处理（SNC）的IF钢在30%NaOH溶液中的析氢行为进行了研究,同时利用XRD和SEM分析了表面纳米化前后IF钢的晶粒度和表面形貌。试验证明,经SNC处理后,IF钢析氢过电位比基材降低200 mV;SNC＋1%平整的IF钢比基材析氢过电位低300 mV以上;经处理后IF钢真实表面积比原IF钢板分别增大18倍和21倍,其表观析氢活化自由能分别由51.7 kJ/mol降低为26.5 kJ/mol和21.7 kJ/mol,仅为原IF钢板的50%。     

超细钼铜复合粉体及细晶钼铜合金的制备

采用“缺碳预还原+氢气深脱氧”方法制备了不同Cu含量（5%、20%、40%,质量分数）的超细Mo–Cu复合粉末。通过高温煅烧钼酸铵和硝酸铜混合物制备了MoO₃和CuO复合氧化物,再利用炭黑预还原脱除煅烧产物（CuMoO₄–MoO₃）中绝大部分氧的方法制备了含有少量MoO₂的超细预还原Mo–Cu复合粉体;少量MoO₂的存在可以极大降低预还原产物中碳的残留;最后,经氢还原脱除残留的氧制备得到超细、高纯度Mo–Cu复合粉体,粉体粒度约为200 nm。以Mo–Cu复合粉体为原料,经过压坯和烧结制备得到细晶Mo–Cu合金。结果表明,经过1200 ℃烧结后,随着Cu质量分数由5%增加到20%,合金相对密度由96.3%增加到98.5%,且Mo、Cu两相分布均匀。Mo–Cu合金硬度随Cu含量的增加而先增加后降低,这是由合金相对密度和铜含量对硬度的影响不同所导致的。随着Cu质量分数由5%增加到40%,Mo–Cu合金的热导率由48.5 W·m?1·K?1增加到187.2 W·m?1·K?1,电导率由18.79% IACS增加到49.48% IACS。