Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调控,从而有效提升电催化析氢反应性能.     

球状FeCo纳米合金制备及氧析出性能研究

Co与过渡金属合金化是提高析氧催化剂反应活性的一种有效策略.Co与同周期的Fe元素合金化,其电子微扰作用有利于增强Co活性中心的析氧效果.本研究采用电沉积法制备Fe0.5Co0.5合金,分析其微观形貌、成分、结构和折氧性能,研究前驱溶液配比浓度与最终催化剂性能的关系.通过表面微观调控,Fe0.5Co0.5合金在0.1 mol/L KOH溶液中的过电位为345.3 mV,塔菲尔斜率为114 mV/dec,极大地提升了单质Co的析氧催化剂反应动力学活性.其耐久性测试结果表明,经过7200 s的长时应用后其电流密度仍然高达5.2 mA/cm2.     

钴掺杂硫化锌催化剂的制备及其电催化析氢性能

以硝酸钴、硝酸锌为主要原料,分别采用L-半胱氨酸和硫脲为硫源制备钴掺杂硫化锌,借助XRD、SEM、TEM等对其形貌及结构进行表征,并通过析氢实验探讨不同硫化方式对钴掺杂硫化锌电催化性能的影响。结果表明,以L-半胱氨酸硫化法制备的钴掺杂硫化锌催化剂结晶度高且具有更好的电催化析氢效果。     

MnOx-M/AC(M=La,Ce,Co,Ni)氧还原催化材料的制备及性能

用热解法制备了掺杂La、Ce、Co、Ni等元素的氧还原催化材料MnOx/AC,并采用XRD和电化学方法对所制备材料的性质和电化学反应性能进行了表征。结果表明,掺杂适量的La、Ce、Co和Ni等元素可改善电极的氧还原反应性能。掺杂La和Co元素的MnOx/AC氧催化还原性能最好,其中,在50mA/cm2的电流条件下,使用这两种掺杂材料所制备的模拟锌-空气电池的放电电压分别为1.1236V和1.1246V。     

Co~(2+)掺杂和Co~(2+)-Ni~(2+)共掺杂对TiO_2光催化性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了掺杂钴离子和钴、镍离子共掺杂的复合纳米粒子二氧化钛光催化剂,以甲基橙的脱色降解为探针反应,评价了光催化剂的光催化活性,研究了不同掺杂量以及掺杂粒子不同时,对光催化剂催化性能的影响。结果表明:当钴的掺杂量在0.2%时,光催化剂的活性最佳,而钴镍共掺杂的掺杂量在0.4%时,光催化剂的活性最好,且钴掺杂的催化活性比钴镍掺杂的更有效。     

Co^2＋掺杂和Co^2＋-Ni^2＋共掺杂对TiO_2光催化性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了掺杂钴离子和钴、镍离子共掺杂的复合纳米粒子二氧化钛光催化剂,以甲基橙的脱色降解为探针反应,评价了光催化剂的光催化活性,研究了不同掺杂量以及掺杂粒子不同时,对光催化剂催化性能的影响。结果表明：当钴的掺杂量在0.2%时,光催化剂的活性最佳,而钴镍共掺杂的掺杂量在0.4%时,光催化剂的活性最好,且钴掺杂的催化活性比钴镍掺杂的更有效。     

MnOx-M／AC（M=La，Ce，Co，Ni）氧还原催化材料的制备及性能

用热解法制备了掺杂La、Ce、Co、Ni等元素的氧还原催化材料MnOx／AC，并采用XRD和电化学方法对所制备材料的性质和电化学反应性能进行了表征。结果表明，掺杂适量的La、Ce、Co和Nj等元素可改善电极的氧还原反应性能。掺杂La和Co元素的MnOx／AC氧催化还原性能最好，其中，在50mA／cm^2的电流条件下，使用这两种掺杂材料所制备的模拟锌-空气电池的放电电压分别为1．1236V和1．1246V。     

ZIF-67衍生CoP/Co@NPC电催化剂的制备及其电催化性能研究

在苯甲醇体系中通过水热法合成了ZIF-67纳米晶体,将其作为前驱体模板通过不同温度的热处理得到氮掺杂的金属钴基多孔碳材料,即Co@NPC-X(X为热处理温度,℃,X=700、800、900),进一步对Co@NPC-800磷化处理得到CoP/Co@NPC-350复合材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射以及氮气等温吸脱附对样品的微观形貌、晶体结构以及比表面积及孔径分布进行表征和分析。采用线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)和计时电位法研究样品的析氧反应(OER)电催化性能和稳定性。结果表明,相比于Co@NPC-800,磷化后的CoP/Co@NPC-350的析氧反应(OER)电催化性能得到了很大的提升,甚至可与贵金属电催化剂RuO_2相比拟,在达到10 mA/cm~2电流密度时的过电位仅为281 mV,且具有良好的稳定性。     

四氧化三钴@发蓝铁丝自支撑电催化剂用于析氧反应

本文中,我们设计合成了原位负载于发蓝铁丝上的四氧化三钴(Co_3O_4)自支撑电催化剂,获得了较高的析氧反应活性.在该复合催化剂中,尖晶石结构的Co_3O_4与发蓝层的主要成分四氧化三铁(Fe_3O_4)具有高度的结构相似性与晶格匹配度,有效地保证了表面活性层的紧密生长,降低了催化过程中的电荷转移电阻并促进了电荷的快速传导,获得了高效的析氧反应活性与稳定性.受益于上述结构优势,该电催化剂显示出低至250mV的析氧反应起始过电位和较高的催化电流密度.在外加电压为1.65Vvs.RHE时,析氧反应电流密度高达124mA cm~(-2).此外,该催化剂也显示出优越的电化学稳定性,使其有望应用于大规模水裂解制氢电解槽.     

Sr_2Fe_(1-x)Mg_xMoO_6复合氧化物的甲烷催化燃烧性能研究

采用溶胶凝胶法制备了双钙钛矿结构Sr2Fe1-xMgxMoO6系列氧化物,通过XRD、BET、XPS、TG等手段对催化材料进行了物性表征;以甲烷纯氧燃烧为目标反应,研究了Mg离子对Fe离子进行掺杂替代对催化材料性能的影响.结果表明:Sr2Fe1-xMgxMoO6主要有两个阶段的失重过程,分别与吸附态氧和晶格氧的失去有关;Mg2+掺杂导致B位有序度的提高,对催化活性不利.     

海胆状钴掺杂磷化镍纳米球的制备 及其电催化氮气还原性能研究

运用简单安全的水热法以及磷化反应成功制备了海胆状钴掺杂磷化镍(Co-Ni_2P),钴原子的掺杂成功调控优化了材料的形貌特征、电子结构以及活性位点,从而大幅度提升了其电催化氮气还原(NRR)活性.采用X-射线粉末衍射、扫描电镜、X-射线能谱分析等技术对得到的材料进行了全面的表征,并将所得材料用作NRR催化剂研究了其全面的电化学性能.在室温、-0.2V电压下,Co-Ni_2P的产氨速率高达45.6μg·h~(-1)·mg_(cat)~(-1).,同时在该电位下法拉第效率高达7.1%.此外,与纯Ni_2P相比,钴原子掺杂后,表面电荷转移电阻由64Ω降为22Ω,从而有利于快速的动力学过程.这种通过钴原子掺杂来降低电荷转移电阻、增加活性位点并且调控形貌的策略为设计高效廉价的NRR催化剂提供了思路.     

Ni-Cu纳米合金催化剂制备及析氧性能

Ni基纳米材料是一种高效制氧催化剂,是当前相关学术领域的研究热点.采用电沉积法制备高性能的Ni-Cu纳米合金催化剂,分析了其表面态调控对电化学性能的影响.在电子微扰和表面形貌的双重调控下,其电化学活性表面积稳步提升到5.45 cmz,其析氧反应动力学电位和反应过电位分别达到约132 mV和约164 mV.对催化剂的构-效机理研究结果表明,在合金化作用下,其高电位下的抗腐蚀性得到提升,Ni-Cu的表面稳定性得到显著提升,从而使其I-t耐久性提升到27000 s.这种高性能非贵金属合金材料对制备高效率、低成本催化剂,促进析氧反应材料商业化具有重要意义.     

制备条件对卟啉钴氧还原催化性能的影响

采用合成后未经提纯的粗卟啉、Co(OH)2和碳粉制备卟啉钴用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应电催化剂．研究了试样组成和热处理温度等制备条件对催化性能的影响．采用薄层电板结合循环伏安法和单体燃料电池I-V特性评价了所制备的电催化剂对氧还原反应的催化活性．     

制备条件对卟啉钴氧还原催化性能的影响

采用合成后未经提纯的粗卟啉、Co(OH)2和碳粉制备卟啉钴用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应电催化剂.研究了试样组成和热处理温度等制备条件对催化性能的影响.采用薄层电极结合循环伏安法和单体燃料电池I V特性评价了所制备的电催化剂对氧还原反应的催化活性.     

纳米片状CuCo2O4的合成及析氧性能研究

调控催化剂形貌和结构,优化表面特性,是提高催化性能的重要策略.通过水热合成铜钴双氢氧化物(CuCo LDH)前驱体,再经高温热解制得交叉连接片状CuCo₂O₄催化剂.该催化剂的粗糙表面和片层间隙有利于电解质的充分扩散吸附;其表面O缺陷能调节相邻金属位点价态,并能提高导电性,适合用于电化学催化.优化元素组成所制备CuCo₂O₄-1具有良好碱性析氧反应(OER)催化活性,在1 mol·L^-1 KOH电解质中,电流密度为100 mA·cm^-2时的过电位(η)为362 mV,OER塔菲尔斜率为112.2 mV·dec^-1,经过50 h的计时电位测试,η保持稳定,也显示出良好催化稳定性。为碱性OER电催化剂的设计提供了可行方案.     

铁掺杂磷酸钴的电催化析氧性能研究

析氧反应(OER)在清洁能源氢的电催化产生过程中扮演着重要的角色.文中利用水热法和低温磷化法制备了泡沫镍(NF)负载的铁掺杂磷酸钴(Fe-Co_3(PO_4)_2/NF)催化剂,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对催化剂的形貌、结构和组成进行了表征,并在1.0 mol·L~(-1)KOH电解质中对其析氧性能进行了测试.结果显示,与纯泡沫镍负载磷酸钴(Co_3(PO_4)_2/NF)相比,Fe-Co_3(PO_4)_2/NF催化剂具有更优异的催化性能,在10 m A·cm~(-2)的电流密度下过电势达274 m V,Tafel斜率更是低至33.9 mV·dec~(-1),并且在电流密度为45m A·cm~(-2)下连续测试24 h后,性能几乎无衰减,说明该催化剂具有良好的稳定性.     

NiCo_2O_4的合成及其阳极电解水性能的研究

为了考察Ni的掺杂对尖晶石类阳极析氧催化剂的结构和析氧性能的影响,以乙二醇为溶剂、氢氧化钠为反应沉淀剂,采用共沉淀法合成了Co3O4和NiO金属氧化物粉末以及纳米介孔NiCo2O4尖晶石氧化物,并对所合成的阳极催化剂进行了表面形貌和物化性能测试。通过悬浊液包衣的方法将催化剂附着到Ti基片上,制备成电极,对阳极催化剂进行循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)及极化性能测试。随着Ni含量的增加,催化剂的比表面积增大、电极表面的接触电阻减小,电极的析氧过电位降低。所合成纳米结构的NiCo2O4其平均粒径为10nm、平均孔径为12.3nm、比表面积88.5m2/g。当负载量为2mg/cm2时,在0.1mol/L KOH电解质溶液中,NiCo2O4电解析氧活性较好,在i=10mA/cm2时,其析氧过电位最低,为345mV(vs NHE)。     

Co-MOF@CNTs的制备及其电催化氧还原性能的研究

开发用于氧还原反应的高效非贵金属电催化剂是可再生能源技术的核心,但也是一个巨大的挑战.该实验组采用水热法制备了含有钴元素的金属有机框架(Co-MOF)结构,并与碳纳米管(CNTs)复合,制备了Co-MOF@CNTs复合材料,用于催化氧还原反应(ORR).探究了导电材料碳纳米管的负载量对催化剂在0.1 M KOH电解液中催化ORR性能的影响.研究表明,CNTs的加入对Co-MOF材料在碱性电解液中的ORR性能有明显的促进作用,并且和CNTs的负载量有关. CNTs的载量为15 wt%时,Co-MOF@CNTs表现出最佳的ORR活性,ORR起始电位为0.89 V,半波电位为0.78 V,电子转移数为3.7,接近4电子转移过程.半波电位和电子转移数均略低于商业Pt/C催化剂,表现出了良好的ORR催化活性. MOF中的中心钴离子作为金属源起着至关重要的作用,以产生钴金属核,为氧还原反应(ORR)提供活性中心.多壁碳纳米管(MWCNT)可以增强电子的输运,可以作为催化剂材料的导电基底. MOF和CNTs的掺杂为制备其他更加低廉、高效、稳定的非贵金属催化剂提供了设计思路.     

镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能

采用溶剂热法将镍、铁和钴的硝酸盐溶液在180 ℃条件下反应24 h，经过后续磷化反应，在泡沫镍基底上生长镍铁钴磷化物纳米片阵列(NiFeCoP@NF).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等测试手段对材料进行了表征，并用电化学工作站研究了镍铁钴磷化物纳米片阵列的析氧性能.结果表明:当电流密度达到10 mA/cm2时，需要的过电势仅为160 mV，并且在恒定电流密度下，过电势可保持24 h.研究结果对于研究纳米结构的过渡金属磷化物电催化剂具有借鉴意义.     

碱土金属氧化物掺杂CeO2催化1,4-丁二醇选择性脱水合成3-丁烯-1-醇

采用浸渍法制备了碱土金属氧化物MO(MgO、CaO、SrO和BaO)掺杂的MO-CeO2催化剂,通过X-射线粉末衍射、H2程序升温还原和CO2程序升温脱附等手段表征了催化剂的结构和表面性质,并考察其对1,4-丁二醇选择性脱水合成3-丁烯-1-醇反应的催化性能.结果表明,碱土金属氧化物掺杂未改变CeO2的萤石型结构,但可增加MO-CeO2催化剂的氧缺陷位和表面碱性位点,进而提高其催化1,4-丁二醇选择性脱水的活性和3-丁烯-1-醇的选择性.其中,CaO-CeO2催化剂表现出最优的催化性能,3-丁烯-1-醇收率达52.44%.