钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍电极材料制备及其电催化析氢性能分析

氢能作为一种能量载体,具有清洁无污染、可再生、安全等优点,被誉为人类的终极清洁能源。因此发展高效、稳定的电催化析氢催化剂对可再生能源的转换利用至关重要。以偏钒酸铵为钒源,F127为结构调控剂,采用水-乙二醇混合溶剂体系制备了钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极。通过X-射线光电子能谱(XPS)分析,掺杂钒的价态为+5价。通过研究该催化剂在1 M KOH碱性介质中的电催化析氢反应性能。发现钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极具有优异的电催化析氢性能,在碱性介质中仅需要206 mV的过电势就可以产生50 mA·cm~(-2)的电流密度,低于没有钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍(226 mV)和空白NF(350 mV)需要的过电势,并且该催化剂在电流密度为70 mA·cm~(-2)时可以稳定10 h。性能结果说明金属掺杂优化了Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极的电催化析氢性能。     

负载在泡沫镍基底上的Fe-Ni-Mo氧化物的超快速制备及其析氧催化性能研究

利用微波加热法,快速制备了负载在泡沫镍基底上的Fe-Ni-Mo/NF复合材料试样．试样的扫描电镜测试、X射线光电子能谱图和X射线衍射谱图分析结果表明,制备的试样均匀分布,Fe-Ni-Mo/NF具有较高的无定型化程度．析氧催化性能测试表明,Fe-Ni-Mo/NF作为催化电极仅需258 m V的过电位便可以达到100 m ...     

磷掺杂和Ni-OH共改性不锈钢的 析氢及全分解水性能研究

高活性、低成本的高效双功能水分解电催化剂对实现可持续氢能源的有效转化和储存具有重要的意义.将不锈钢网进行盐酸腐蚀、浸泡、磷化得到一种一体化自支撑的双功能电催化剂.该催化剂在碱性介质中不论对析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)还是析氧反应(Oxyogen Evolution Reaction,OER)均表现出优异的电催化性能,Tafel斜率分别为87.41m V·dec~(-1)和90.1 m V·dec~(-1),析氢反应和析氧反应的电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电位分别为165 m V和240 m V.该催化剂可用作全分解水的双功能电极材料,在1.66 V的电压下实现10m A·cm~(-2)的电流密度.     

铁基层状双氢氧化物的制备与析氧性能研究

析氧反应是水分解反应中的一个重要反应,而开发具有低成本高效率的催化剂对于非贵金属催化剂的实际应用至关重要.采用水热法制备了生长在泡沫镍上的三维花瓣状Ni Fe-LDH/NF、Co Fe-LDH/NF纳米片,其层状多孔的泡沫镍为层状双氢氧化物提供了较大的电化学活性表面积和丰富的电化学反应活性位点,而Ni2+与Fe3+之间的协同作用优化了制备的催化剂的电子结构,进一步提高了其析氧反应活性.实验结果表明,在碱性溶液中,Ni Fe-LDH/NF和Co Fe-LDH/NF比其相应的单金属化合物具有更强的电化学活性;在电流密度为20 m A/cm2时,Ni Fe-LDH/NF的过电位仅为180 m V,其Tafel斜率为47. 4 m V/dec,优于大多数非贵金属催化剂; Ni Fe-LDH/NF在电化学耐久性测试中表现出了优异的稳定性和耐久性,在0. 8 V的阶跃电位下持续电解36 000 s,其电流密度为63m A/cm2,且无明显衰减.     

退火对泡沫镍沉积金属催化剂的析氢性能影响

研究了退火处理对泡沫镍(NF)沉积单/双元金属电极在碱性环境下析氢性能的影响。采用XRD,SEM和电化学工作站对复合催化剂的组成、结构、微观形貌及性能进行研究,可以得出,泡沫镍沉积单/双元金属电极在300℃下退火处理后表现出较好的电催化析氢活性,大小依次为(相比于退火前):NF@Cu0.01@Ni0.01-300,NF@Cu0.01@Co0.03-300,NF@Ni0.01-300,NF@Co0.03-300.结果表明,NF@Cu0.01@Ni0.01-300催化剂对电解水制氢表现出最高的催化活性,其电流密度是泡沫镍的3.97倍,且具有优良的电化学和物理稳定性,说明退火温度和沉积金属层对复合催化剂的析氢活性有很大影响。     

FeOOH@CNT/NF的制备及电催化析氧性能研究

目的 以泡沫镍、包镍多壁碳纳米管、过氧化氢和七水硫酸亚铁为原料，通过120℃的水热过程，反应6 h成功制备出了FeOOH@CNT/NF析氧催化剂。方法 运用单变量控制法研究了包镍多壁碳纳米管、过氧化氢和七水硫酸亚铁的用量对所制备材料的电催化析氧性能的影响，同时对产物进行了XRD、SEM、I/E、稳定性等表征。结果 研究结果表明，当使用0.300 0 g包镍多壁碳纳米管、0.700 0 g七水硫酸亚铁和30%过氧化氢体积为40.0 mL时，在120℃温度条件下，以预处理的泡沫镍为基底，水热反应6 h可成功制备出FeOOH@CNT/NF电催化析氧材料。结论 所制备析氧催化剂在电流密度为50 mA/cm²时的过电位仅为254.7 mV,Tafel斜率为8.40 mV/dec,C_dl值为690 mF/cm²,并且在12 h内工作稳定。     

碳纳米管负载四氧化三铁修饰泡沫镍电极电Fenton降解4-硝基酚

以碳纳米管为载体合成了Fe_3O_4/CNT复合物,并用于修饰泡沫镍制备气体扩散电极,以4-硝基酚为模拟污染物,考察该电极的氧还原产H2O2性能与电Fenton降解4-硝基酚的效果,并探讨其可能的降解路径.结果表明,采用水热合成法能很好地将具有磁性的Fe_3O_4颗粒均匀地负载在CNT上,在溶液初始pH值7.0、电解质Na_2SO_4浓度0.1 mol/L、空气流量0.4 L/min和电流密度10 m A/cm~2条件下,Fe_3O_4/CNT修饰泡沫镍气体扩散电极电催化氧还原产H_2O_2的质量浓度和电流效率分别为185.4 mg/L和73.1%,4-硝基酚的去除率和氧化速率分别为95.8%和0.053 7 min~(-1),均高于未经修饰的泡沫镍电极和CNT修饰的泡沫镍气体扩散电极,且电极的稳定性能较好.     

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.     

复合电解质Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/NaPO_3/NaTi_2(PO_4)_3的中温电性能研究

本文以H_3PO_4、Ti O_2、Al_2O_3和草酸钠为原料,合成了复合电解质Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/Na PO_3/Na Ti_2(PO_4)_3。采用XRD对复合电解质的结构进行了表征。研究了其在400-800℃范围内的电导率,并以Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/Na PO_3/Na Ti_2(PO_4)_3为电解质隔膜组装了H_2/O_2燃料电池。XRD结果表明反应物经过充分反应,形成了三元复合电解质。800℃时,Ti_(0.95)Al_(0.05)P_2O_7/NaPO_3/Na Ti_2(PO_4)_3有最高电导率6.0×10~(-2)S·cm~(-1)。800℃时开路条件下复合电解质的极化电阻值为0.23Ω·cm~2,燃料电池最大功率密度为90.6 m W·cm~(-2)。     

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.     

二硫化钼自支撑电极电化学析氢性能研究

目前电解水制氢性能最佳的催化剂是铂基催化剂,但铂地壳丰度却很低,需寻求性能优异且价格低廉的替代品。二硫化钼是一种有望替代铂基催化剂的高效析氢催化剂。采用溶剂热方法制备了4种不同性能的MoS_2,并在其上成功地掺杂了非贵金属Ni和Co,改善其析氢性能。结果表明:仲钼酸铵水热法制备MoS_2时,掺入质量分数0.018%的钴,可以将其析氢活性大大提高,在电流密度10 mA·cm~(-2)时的电位由273 mV降到234 mV;当把溶剂水换成N,N-二甲基酰胺(DMF),MoS_2具有独特的垂直排列形貌,暴露了更多的硫边位,因此在电流密度10 mA·cm~(-2)时,过电位为220 mV;而在MoS2中掺氟制得的F-MoS_2,由于F的掺入加快了其电子传输速率,塔菲尔(Tafel)斜率仅为62 mV/dec。     

作为高效水氧化催化剂的多面体Cu_2S块状晶体溶剂热合成

以泡沫铜(CF)、硫代乙酰胺(TAA)为铜源和硫源,乙醇胺(en)为络合剂,乙醇为溶剂,在溶剂热的条件下,Cu~(2+)和en形成的[Cu(en)_2]~(2+)金属络合物,与溶液中的S~(2-)反应得到不稳定的无机-有机Cu_2S-TAA前驱体。由其作为分子模板控制晶体的生长,制备了生长于泡沫铜基底上的Cu_2S十四面体,将其作为高效的水氧化催化剂对Cu_2S催化剂的阳极析氧电化学性能进行测试。结果表明:在1 mmol/L KOH电解液中,当电流密度为20 mA/cm~2时,过电位为200 mV,并且可以保持长达30 h的持久稳定性。     

一步水热法制备MoS2/Ni3S2@NF析氧催化剂

采用一步水热法成功制备了MoS₂/Ni₃S₂@NF异质结催化剂.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备电极的物相和微观形貌进行表征,表面粗糙的核壳MoS₂/Ni₃S₂异质结均匀紧密地分布在镍网(NF)表面.在1 mol·L^-1的KOH电解液中,运用线性扫描伏安测试(LSV)、电化学交流阻抗(EIS)、计时电位和计时电流等方法对电极的电催化析氧(OER)性能进行了测试.结果表明,驱动10 mA·cm^-2电流密度,仅需134 mV过电势;其Tafel斜率为55.2 mV·dec^-1;经过15 h计时电位测试,电流密度保持率高达93.5%.在300、400、500 mA·cm^-2电流密度连续测试45 h的结果耐久性表明,MoS₂/Ni₃S₂@NF具有较好的大电流密度工作耐久性.     

多孔Fe-N-C催化剂的制备及其电催化氧还原反应的研究

非贵金属电催化剂有望成为新一代氧还原反应催化剂。文章报道了使用双氧水刻蚀氧化石墨烯,继而负载氯化血红素来合成多孔Fe-N-C催化剂,以实现有效的四电子氧还原反应。催化剂不仅含有许多Fe、N掺杂活性位点,而且其多孔结构极大地减小了电阻,并有利于物质的传输。测试了在0.1 mol·L~(-1) KOH溶液中对氧还原反应的催化活性,其起始电位、半波电位和极限电流密度分别达到0.92 V,0.81 V,和5.71 mA·cm~(-2),接近甚至优于商业Pt/C(0.98 V,0.85 V和5.34 mA·cm~(-2))。而且在测试15 000 s后,Fe-N-HGO电流密度仅下降了8%,同样条件下Pt/C的电流密度却下降了约30%。说明Fe-N-HGO的稳定性更优越。     

MnO_2固态超级电容器的制备及其电化学性能研究

以泡沫镍(NF)为基底,采用恒电位沉积法制备了MnO_2电极材料,以聚乙烯醇PVA-Na_2SO_4为凝胶聚合物电解质组装了二电极体系,并以H_2O-Na_2SO_4水系体系为对比进行了电化学性能研究.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)对电极材料的形貌和结构进行表征,用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)和交流阻抗(EIS)对电极材料及MnO_2//H2O-Na_2SO_4//MnO_2和MnO_2//PVA-Na_2SO_4//MnO_2体系的电化学性能进行测试.结果表明,MnO_2在NF上形成疏松多孔的二维纳米片网络结构;1 A·g~(-1)电流密度时单电极比电容可达435F·g~(-1);在水系二电极体系中和899.99 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度可达1.50 W·h·kg~(-1),当组建为固态体系时,499.98 W·kg~(-1)的功率密度下,能量密度可达1.92 W·h·kg~(-1),在具有良好的循环稳定性的同时,固态体系相比于水系体系具有更大的工作电压.     

钴掺杂增强二硫化钼纳米片的电驱动析氧性能研究

针对纯的二硫化钼电驱动析氧性能较弱的问题,通过微波辅助加热法制备了一系列不同含量钴掺杂的二硫化钼纳米片,并利用XRD,XPS对其进行结构表征,利用SEM,TEM对其进行形貌表征,进一步测试了这些样品在析氧反应中的催化性能。研究结果表明:通过调控钴的掺杂量,可以有效调控二硫化钼的析氧反应催化性能;当钼和钴的摩尔比为2∶1时,其催化性能最优,即电流密度为10mA/cm~2时的过电势为220mV;其催化性能的提升主要是由于钴的引入有效改变了二硫化钼的电子结构并且提升了其导电性。该研究为新型二维二硫化钼电催化剂的可控制备及其析氧性能调控提供了重要参考。     

无机-有机杂化钴钒酸盐Co4(vIM)14[V4O12]2·6H2O的合成 、结构及C E ES氧化催化性能

以NH_4VO_3为钒源,1-乙烯基咪唑(vIM)为配体,与CoCl_2·6H_2O在水热条件下反应合成了新型无机-有机杂化的钴钒酸盐Co_4(vIM)_(14)[V_4O_(12)]_2·6H_2O (1),利用X-射线单晶衍射(SXRD)、X-射线粉末衍射(PXRD)、红外光谱(FT-IR)以及元素分析(EA)等表征了其结构.我们进一步考察了化合物1在选择性氧化降解化学战剂芥子气类似物2-氯乙基乙基硫醚(CEES)反应中的催化性能.实验结果表明,在优化条件下,以H_2O_2为氧化剂,化合物1对CEES的选择性氧化表现出良好的催化活性,而化合物1作为非均相催化剂经3轮催化循环后活性及选择性都没有明显降低.     

炭微球负载钴催化剂的原位制备及其催化产氢性能研究

分别以葡萄糖和硝酸钴为炭源和钴源,采用水热炭化法原位制备了炭微球负载钴金属催化剂(Co/CMS),借助扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)表征所制催化剂微观形貌和元素组成,利用该催化剂进行了催化硼氢化钾水解产氢实验并分析了相关催化反应的动力学过程。结果表明,所制Co/CMS催化剂球状形态完整、尺寸分布均匀,炭微球平均直径约为3.98μm,钴金属均匀负载于炭微球表面;Co/CMS催化剂对硼氢化钾水解产氢反应具有较高的催化活性,负载钴金属对催化剂的性能有显著影响,钴负载量为25%的Co/CMS催化剂催化产氢效率达到11 088 mL_(H_2)·g■·h~(-1);产氢速率受硼氢化钾溶液浓度影响不大,但对反应温度较敏感;钴负载量为25%的Co/CMS催化剂催化硼氢化钾溶液水解制氢反应的活化能约为33.75 kJ·mol~(-1),低于Pt/C和Ru/C贵金属催化剂相应值,表明所制Co/CMS催化剂对硼氢化钾水解产氢具有较好的催化性能。     

钴负载碳气凝胶的制备与电化学性能研究

以聚丙烯腈(PAN),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和钴盐为前驱体,通过对有机凝胶进行高温碳化得到钴负载碳气凝胶.利用X射线衍射谱(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),热重分析(TGA)和充放电测试对钴负载碳气凝胶进行结构、形貌和电化学性能的表征分析.结果表明,碳化温度影响产物的形貌及性能,其中700℃碳化的钴负载碳气凝胶钴颗粒分布最均匀,同时具有最好的电化学性能.在50mA·g^(-1)电流密度下,首次放电比容量高达983.1mAh·g(-1)电流密度下,首次放电比容量高达983.1mAh·g^(-1),经100周循环后,放电比容量仍保持在280.3mAh·g(-1),经100周循环后,放电比容量仍保持在280.3mAh·g^(-1);在500mA·g(-1);在500mA·g^(-1)大电流密度下,该材料放电比容量为105.4mAh·g(-1)大电流密度下,该材料放电比容量为105.4mAh·g^(-1),具有很好的倍率性能.     

NF@Ni3S2超级电容器电极材料的性能研究

采用泡沫镍作为镍源和电流收集体,通过水热法合成了NF@Ni_3S_2复合电极材料.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)、比表面积和电化学表征对电极材料进行分析和表征.研究结果表明,合成的NF@Ni_3S_2复合电极展示了较高的电化学性能.独特松树状三维结构具有较高的比表面积,能与电解液充分接触,OH~-离子能够快速进入电极内部,有效地提升电极/电解质界面氧化还原反应和电子传输速度.NF@Ni_3S_2电极材料具有较高的面积比电容,在电流密度为1 A·cm~(-2)时的电容为1 441.90 mF·cm~(-2).