阴离子膜燃料电池阴极非贵金属催化剂研究进展

与质子交换膜燃料电池相比,阴离子交换膜燃料电池不仅能显著提高阴极氧还原反应(ORR)动力学,而且可采用非贵金属催化剂大幅降低成本和减少极板腐蚀,成为新能源领域中的研究热点。对阴离子膜燃料电池中阴极非贵金属氧还原催化剂的研究进展进行了详细评述,在此基础上提出杂原子掺杂的多孔纳米碳材料和以其为载体担载合金化的非贵金属是阴离子交换膜燃料电池阴极催化剂今后的发展方向。     

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.     

DMFC中电催化剂的研究进展

从阳极催化剂的开发和阴极催化剂的开发两个方面重点综述了直接甲醇燃料电池(DMFC)中电催化剂的研究进展.概述了甲醇电催化氧化机理.研究表明:阳极催化剂材料不仅可利用铂基二元或多元合金,而且可利用不含贵金属铂的电子导电混合氧化物,同时开发新的具有高活性和对甲醇无活性的氧还原反应非贵金属催化剂,应成为阴极催化剂研究的一个重要方向.     

非贵金属氧还原电催化剂的研究进展

介绍材料科学和纳米科技在非贵金属氧还原催化剂方面取得的进展,包括过渡金属无机纳米粒子、金属(M)-N-C型催化剂和金属有机框架(MOFs)材料催化剂等3个方面。从合成、性能和活性中心等相关方面,对这3类催化剂进行总结。     

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.     

电纺Fe/N/C纳米纤维催化剂及其氧还原性能

大量研究已表明Fe/N/C是极具前景的氧还原非贵金属催化剂。为发展快速、规模化的制备工艺,以聚酰胺酸、乙酰丙酮铁和三聚氰胺为原料,通过静电纺丝技术制备了一系列氮掺杂碳纳米纤维负载的Fe催化剂(Fe/N/CNF),通过XRD、XPS、SEM、TEM等表征技术测试了催化剂的物相、组分及微观形貌,并通过电化学测试方法研究了Fe含量对其氧还原反应活性的影响。在酸性电解质中,Fe/N/CNFs-3(Fe载量为3%,质量分数)催化剂呈现了良好的氧还原活性,经过5 000圈的循环伏安扫描,其初始电压和半波电位比商业化Pt/C催化剂的仅仅低34和120 m V,呈现了良好的稳定性。     

氧电极催化剂研究

寻找廉价、高效的催化剂是氧电极催化剂研究的主要方向 ,氧电极催化剂主要有铂及铂合金、银、金属螯合物、金属氧化物 (如锰氧化物、钙钛石型氧化物等 )等几个系列。其中贵金属作催化剂的成本较高 ,金属螯合物可用的品种较少 ,锰氧化物的催化性能有限 ,钙钛石型氧化物可以对组分原子化合价位进行控制 ,催化活性多样 ,其主要成分来自于储量丰富的稀土原料 ,价格较低 ,是理想的氧电极催化剂材料。概述了以上具有代表性的催化剂的研制和应用状况 ,认为钙钛石型氧化物具有很大发展潜力和广阔的应用前景。     

中性锌-空气电池的阴极非贵金属催化剂

采用中性或准中性溶液为电解质的锌-空气电池具有提高阳极锌稳定性并避免电解质溶液碳酸盐化的优点.开发新型非贵金属催化剂,使之在中性溶液中能有效催化氧还原反应(ORR),这将具有重要意义.通过总结近几年铁/钴/镍掺杂的碳氮复合物的制备、ORR活性测试以及应用于中性锌-空气电池的性能研究方面的主要工作成果,发现采用简单的热解...     

质子交换膜水电解器技术进展

总结了PEM电解器的技术现状,综述了催化剂、膜电极、极板和电解器设计等关键技术的研究进展。认为目前PEM电解水技术商业化、规模化应用的主要障碍在于其过高的材料成本,开发低成本材料和高压力运行技术将是PEM电解器今后的主要发展方向。     

烟气中NO选择性催化氧化催化剂研究进展

针对烟气中NO选择性催化氧化工艺,从催化机理、催化活性、抗硫及抗水蒸气等方面总结分析了活性炭、分子筛、贵金属及金属氧化物4类催化剂催化氧化NO的性能及其研究进展。其中,活性炭类催化剂的研究主要集中于材料改性及新型材料的制备;分子筛及其负载型催化剂的研究重点在于降低催化剂活性温度窗口;贵金属类催化剂活性较好,但过高的成本限制了其工业化应用;金属氧化物催化剂活性高、成本低廉,并可通过多种金属氧化物复配改善其催化性能,为目前最具发展前景的NO氧化工艺。