锌空气电池钙钛矿型空气电极催化剂的研究

根据热重分析结果，采用高温固相反应合成了2种作为锌空气电池氧气还原催化剂的La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ、La0.6Ca0.4CoO3ⅡU，X射线衍射分析结果表明La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ、La0.6Ca0.4CoO3Ⅱ都是钙钛矿型结构。采用恒电流放电曲线和循环伏安测试，研究了它们在9mol／LKOH溶液中的电化学性能，结果表明该钙钛矿型催化剂La0.6Ca0.4CoO3是一种良好的空气（氧）电极催化剂，而且催化剂La0.6Ca0.4CoO3Ⅱ的性能要比La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ的性能好，La0.6Ca0.4CoO3Ⅱ的放电容量是La0.6Ca0.4CoO3Ⅰ的1．2倍。     

氧化锶对空气电极催化剂性能的影响

为了提高Mn02对氧还原的催化活性,将稀土硝酸盐(硝酸镧)和碱土硝酸盐(硝酸锶)同硝酸锰一起浸渍到碳粉中,并在270℃下煅烧,制得空气电极催化剂,通过冷压方法制成空气电极.用稳态极化和交流阻抗测试了各个空气电极的电化学性能.稳态极化测试结果表明,当催化层中金属元素Mn、La、Sr的摩尔比为1:O.4:0.6时,空气电极极化最小.交流阻抗分析表明,镧氧化物和锶氧化物的加入,减小了电化学反应动力学阻抗和氧的扩散阻抗.为考察电池的放电性能,装配了AA型锌空气电池进行放电测试,结果表明,加入镧氧化物和锶氧化物能大幅度提高电池的工作电压和电池容量.     

MnO@N-C双功能氧电极催化剂的制备与电化学性能

为了解决锰氧化物氧电极催化剂导电性差的问题,并进一步提高其催化活性,引入沸石咪唑酯骨架结构(ZIF8)材料与二氧化锰(MnO₂)材料复合,经高温煅烧后,制得具有高稳定性和双功能催化活性的MnO@N-C催化剂。采用SEM、XRD、XPS对MnO@N-C催化剂进行表征,并将其用于锌空气电池,考察该催化剂的催化性能和电池性能。结果表明：ZIF8的加入为材料提供了丰富的氮(N)源和碳(C)源,增加了催化活性位点,提高了催化剂的导电性和活性,同时,通过2种材料之间的协同作用,使MnO@N-C催化剂实现了较高的双功能性能;催化剂在碱性电解液中的氧还原(ORR)半波电位为0.78 V,与Pt/C催化剂(0.81 V)相接近,同时MnO@N-C催化剂还具有较低的Tafel斜率(113.74 mV/dec);在10 mA/cm²下催化剂的氧析出(OER)电位E_j=10为1.66 V,与贵金属催化剂Ir O₂(1.66 V)相当;使用MnO@N-C催化剂组装的锌空气电池峰值功率密度达到121 mW/cm²     

高电流密度放电氧电极催化剂的选择

在许多种氧的还原反应催化剂中选出以悬浮分散法载到碳基上的高度分散的银作为催化剂。采用这种催化剂的氧电极在高电流密度放电时可获得良好的性能。当工作电流密度为 1000mA/cm~2、银网为集流器、催化剂载量为4mg/cm~2时,其电极电位为-0.115伏(相对于Hf/HfO电极)。在同样工作电流密度下,若以镍网为集流器,催化剂载量为11.4mg/cm~2时,其电极电位为-0.085伏(相对Hg/HgO电极)。这两种氧电极的耐冲击极限电流密度都不低于 5A/cm~2。     

N、S共掺杂碳基高效氧还原催化剂的制备

杂原子掺杂碳基氧还原（ORR）催化剂具有代替Pt基催化剂的巨大潜力。以硫掺杂g-C₃N₄（S-doped g-C₃N₄, S-g-C₃N₄）作为硫源和氮源,以三嵌段共聚物P123作为碳源,通过简单的高温热解法成功制备了N、S共掺杂碳（N, S co-doped carbon, NSC）催化剂,并考察了热解温度对制备的NSC催化剂ORR性能的影响。材料表征结果显示:温度为1 000 ℃时制备的催化剂NSC-1000具有较高的氮含量和硫含量及最大的比表面积;电化学测试结果显示:NSC-1000具有最佳的ORR性能,在0.1 mol/L KOH溶液中半波电位（half-wave potential, E1/2）高达0.888 V,且经10 000圈循环伏安扫描后E1/2仅负移12 mV,表现出极佳的活性和稳定性。此外,旋转环盘电极测试结果显示:NSC-1000催化剂主要以四电子反应路径催化ORR的发生。本实验为制备N、S共掺杂碳基高效ORR催化剂提供了新的思路。     

Co掺杂ZIF-8衍生合成高效Co-N-C氧还原催化剂的研究

在合成中添加Co(NO₃)₂·6H₂O制备钴掺杂的2-甲基咪唑锌盐材料,通过优化钴掺杂量及热解温度得到了具有高比表面积(888 m²/g)且同时存在微孔和介孔(孔体积为0.591 cm³/g)的高效Co-N-C催化剂。电化学测试表明：Co-N-C催化剂具有良好的酸性氧还原催化活性、稳定性和抗甲醇毒化性能,其在0.1 mol/L HClO₄溶液中的氧还原途径主要是4电子反应过程,半波电位达到0.807 V,稳定性可与商业Pt/C催化剂相媲美。物理表征结果表明：钴元素成功地掺杂到Co-N-C催化剂中,较高的石墨化程度、良好的导电性、丰富的孔结构和Co-N_x活性位点,极大地提高了Co-N-C催化剂在酸性条件下的氧还原催化性能。本工作为合成ZIFs衍生的高效氧还原催化剂提供了新的思路。     

碳毡电极及膨化石墨电极上氧的催化还原研究

用不同的氧化剂对碳毡进行处理,发现经ＫＭｏＯ４处理的碳毡电极对氧还原的催化活性最好,并用电化学方法得到了碳毡的真实面积为其表观面积的２６６倍。用混合液相法成功地合成了ＳｂＣｌ５－石墨层间化合物,发现ＳｂＣｌ５－石墨层间化合物可以膨化,且膨化倍数明显地高于Ｈ２ＳＯ４－石墨层间化合物,膨化石墨对氧化还原催化作用和石墨是一致的。     

Fe-Co-N-C氧还原催化剂的制备及性能

为了提高氮掺杂碳(N-C)材料的氧还原性能,采用后吸附法基于可在高温炭化过程中形成富缺陷碳材料及均匀分散的高活性M-N_x位点的沸石咪唑酯骨架-8衍生制备了Fe-Co-N-C催化剂。电化学测试结果表明采用150 mg Co-N-C催化剂吸附0.07 mmol Fe制备的Fe-Co-N-C催化剂在0.1 mol/L HClO₄中具有较高的半波电位(0.843 V vs. RHE)和较低的过氧化氢产率(<4%)。物性表征结果表明Fe-Co-N-C催化剂的优异氧还原活性可归因于其双金属活性位点(Fe/Co-N_x)、丰富的微/介孔结构、较高的石墨化程度以及Fe/Fe₃C和Fe-N_x的共同作用。     

NiCo2O4/Ru复合催化剂的制备及锌空电池的应用

以六水合硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O）为镍源、六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）为钴源、尿素为沉淀剂,采用水热法制备NiCo₂O₄纳米棒,然后浸渍还原RuCl₃,得到了NiCo₂O₄/Ru复合催化剂。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试技术,对复合催化剂的物相、形貌进行了表征。通过线性扫描伏安法（LSV）、电化学阻抗谱（EIS）等电化学测试手段,对催化剂的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的催化性能进行了研究。将NiCo₂O₄/Ru复合催化剂作为正极组装锌空电池,使用蓝电电池测试仪评价了其开路电压、充放电性能和循环稳定性等指标。结果表明,NiCo₂O₄/Ru复合催化剂在电流密度为10.0 mA/cm²时,析氧过电位为420 mV,氧还原半波电位为0.77 V,且具有较高的ORR/OER双功能催化活性;由NiCo₂O₄/Ru复合催化剂组装的锌空电池开路电压为1.37 V,峰值功率密度为143 mW/cm²,且能稳定循环50 h。     

空气电极金属氧化物催化材料的研究

用热分解金属硝酸盐法制备金属氧化物催化材料,并通过冷压法制得空气电极.采用自制窗式电解装置测定空气电极的稳态恒电流极化曲线,并通过扫描电镜对催化材料的表观形貌及其性能进行研究.结果表明,采用本方法制造的催化剂颗粒细小、分散均匀,具有优异的电化学性能.电极在 200mA cm 的电流密度下极化电位 2最小可为 0.252 1 V;50 mA cm~2 和 100 mA cm~2 的恒电流密度下空气电极寿命可高达 500 h 以上.     

隔膜对电化学制氧氧气纯度的影响

研究了隔膜对电化学制氧氧气纯度的影响.试验中采用的电化学制氧机阴极为空气电极,阳极采用金属镍网,电解液为30%的K2CO3溶液.改变电化学制氧机隔膜,分别测得不同隔膜下氧气纯度.分析发现,适当隔膜的使用可以降低氧气和外界空气发生交连的几率,阻止空气通过空气电极内气孔直接进入到制氧机内部,因此可以提高氧气纯度,并且随着隔膜目数的提高、孔透率的降低,电化学制氧机的产氧纯度有上升的趋势.     

空气电极防水透气膜的工艺研究

对防水透气膜中各成分用量及制备工艺参数进行优化研究，确定了防水透气膜的最佳工艺条件，制备出空气电极，用空气电极与铝阳极成功组装单电池，并采用SEM、稳态极化曲线法和恒电流放电法对防水透气膜的性能进行研究．结果表明：防水透气膜具有优异的电化学性能，空气电极的极化明显减小，电流密度由82mA／cm^2提高到150m～cm^2；单电池样品的恒流放电容量在40Ah以上。     

钙钛矿载体的制备及合成碳酸二苯酯活性评价

采用柠檬酸络舍物分解法，制备了锰系钙钛矿型复合氧化物LaxA1-xMnO3（A-Sr,Pb,Ce）载体，并用沉淀法将活性组分Pd负载于载体上制得非均相催化刑，用于氧化羰基化合成碳酸二苯酯的研究。用XRD、ChemBET300比表面仪等对不同煅烧温度下所制备的载体的物相进行了表征，其结果表明：煅烧温度在550～650℃时可得到结晶性好的单相钙钛矿型复舍氧化物，载体比表面积可达30m^2／g以上。用不同载体所制得的催化荆用于DPC的合成实验，结果表明：载体的煅烧温度在650℃左右催化剂的活性较好，产品DPC的收率在10％左右。     

聚四氟乙烯对空气电极防水透气膜性能的影响

对以聚四氟乙烯(PTFE)为原料的憎水型空气电极的防水透气膜的制备工艺进行了深入研究．以稳态电流-电压极化曲线的方法对不同防水透气膜电化学性能进行测试,用透气率测量装置对防水膜透气性能进行测试,并用扫描电镜对防水透气膜的表观形貌进行观察,采用以空气电极为阴极,钢板为阳极的电解装置对空气电极寿命进行测试．结果表明：防水透气膜中PTFE的最佳含量在60％～70％范围内,采用热处理工艺后,防水透气膜的孔径分布更加均匀,防水透气膜的透气性能提高,空气电极极化明显减小．电极稳定运行800h．     

一种Nafion膜电极新的制备方法及催化性能研究

本文提出了一种结合有催化剂的Ｎａｆｉｏｎ膜电极新的制备方法．通过用循环伏安法测试表明该电极对氧还原具有良好的催化性能，与文献报道的某些方法相比具有制备过程简短而催化活性相对又高的优点．同时用扫描电镜观察了各种不同修饰方法所制得电极的表面状态，通过比较，证实了本文所提出方法的可行性．     

空气扩散电极/泡沫镍电化学体系降解苯酚废水的研究

对以空气扩散电极为阴极,泡沫镍为阳极的电化学体系降解苯酚模拟废水进行了研究.采用分光光度法测定苯酚浓度,研究了电解时间﹑电流密度﹑苯酚初始浓度对苯酚去除率的影响.结果表明,空气扩散电极/泡沫镍电化学体系对含酚废水有很强的降解能力,初始浓度为200mg/L的苯酚溶液,在电流密度30mA/cm2条件下电解180min,苯酚去除率99.3%,化学需氧量(COD)去除率80%.