氮掺杂再生活性炭的制备及电催化氧还原反应性能研究

为解决危废活性炭传统回收方式带来的资源浪费和环境污染等问题,本工作以抗生素脱色废活性炭为原料、氨气为氮源,采用高温热解再生法将氮元素通过sp²杂化键合进入到活性炭骨架中,制备了氮掺杂再生废活性炭氧还原反应(ORR)催化剂,分析了氮掺杂再生活性炭的物相组成、微观形貌、电化学性能。结果表明,当温度为1 000℃、退火时间为1 h时,所制备的N-RWAC-1000-1氧还原电催化性能最佳。N-RWAC-1000-1具有丰富的微孔和介孔结构,比表面积可达908 m²/g,在碱性介质中的起始电位为0.92 V(vs.RHE),半波电位为0.82 V(vs.RHE),均接近商业20%(质量分数)的铂碳催化剂。此外,氮掺杂再生炭拥有优于商业化铂碳的循环稳定性和甲醇耐受性,有望成为新的氧还原催化剂以期为抗生素脱色废活性炭的高值化利用提供了新的方向。     

生物质焦油衍生氮掺杂多孔碳负载Co3O4纳米晶的制备及双功能氧反应催化

以生物质焦油活化多级孔碳为骨架,通过一步水热合成同时实现氮掺杂和Co₃O₄纳米粒子负载,获得Co₃O₄@N/C复合催化剂。对比研究结果表明,凭借复合材料中活性Co₃O₄和N掺杂结构之间的协同效应,Co₃O₄@N/C复合催化剂对氧还原（ORR）和析氧反应（OER）均表现出较高的催化活性,ORR和OER启动电位电势差ΔE为0.99V;其中,ORR极限扩散电流密度为-5.10mA/cm²,与贵金属Pt/C相当。此外,Co₃O₄@N/C具有优异的氧还原稳定性,在经3000次循环伏安法扫描后,Co₃O₄@N/C的极限扩散电流密度仍能保持89.9%。这一生物质焦油衍生碳所构筑的N掺杂多孔碳负载Co₃O₄纳米晶复合材料在燃料电池和金属空气电池等领域具有巨大的应用潜力。     

中药渣生物炭活化制备碳基电催化剂及其氧还原反应催化性能研究

以废弃物生物质中药渣为原料，以ZnCl₂为活化剂，通过热解活化两步法制备了生物质碳基氧还原电催化剂。采用SEM、氮气等温吸脱附测试、XRD、XPS、元素分析和电化学工作站等材料测试方法，分析了所制备碳基电催化剂的结构特征以及氧还原反应性能。结果表明，当活化剂与生物炭质量比为4∶1,活化温度为800℃时，所制备的ZC-4∶1-800阴极氧还原电催化剂性能最佳。ZC-4∶1-800具有介孔和微孔结构，比表面积可达970.4 m²/g,其起始电位为0.9 V(vs.RHE),半波电位为0.8 V,极限电流密度为4.9 mA/cm²,与商业20%Pt/C性能相近。此外，ZC-4∶1-800具有比商业20%Pt/C更好的稳定性和甲醇耐受性，在实际应用中有望作为商业贵金属电催化剂的替代品，同时也为废弃生物质的资源化利用提供了新路径。