静电纺丝制备多孔碳材料及其氧还原催化性能

通过碳化聚丙烯腈/聚乙烯吡咯烷酮基纳米纤维制备多孔碳材料催化剂,然后采用KOH活化法对催化剂进行处理。利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对碳材料进行形貌表征,同时采用循环伏安法、线性扫描伏安法研究催化剂的氧还原反应(ORR)活性,计时电流法研究催化剂的ORR稳定性。在相同测试条件下与Pt/C进行比较,起始电位相差52 mV,ORR电子转移数为3.63,趋近于四电子反应过程。结果表明:本文制备的非金属碳材料催化剂拥有良好ORR活性和ORR稳定性,并且在碱性电解液中拥有良好的抗甲醇干扰性能。     

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。     

Fe_3C纳米颗粒负载的3D介孔N-掺杂碳作为酸性氧还原催化剂

高性能的非贵金属氧还原反应(ORR)电催化剂被广泛认为是在燃料电池中最有可能取代贵金属铂基催化剂的候选者。在此,利用聚苯胺和铁(Ⅲ)修饰的介孔石墨化氮化碳(g-C_3N_4)作为前驱体,合成了一种新型的碳化铁(Fe_3C)负载的多孔氮掺杂碳材料,命名为Fe_3C/NC-800(其中800代表热解温度)。该催化剂在酸性介质中对ORR展示了优异的催化活性,与Pt/C比较,具有更正的起始电位。这种新型的非贵金属基碳材料可能成为贵金属ORR电催化剂的可行替代品。     

高性能多孔Fe/N共掺杂碳纳米管电催化剂研究

开发高性能、低成本的氧还原催化剂是降低燃料电池成本的关键之一。过渡金属-氮-碳材料具有催化活性高、成本低、环境友好等优点，被认为具有广阔的应用前景。该文提出了一种简单的聚多巴胺改性碳纳米管的方法，在碳纳米管（CNTs）表面包覆聚多巴胺（PDA），通过高温裂解CNTs@PDA和FeCl₃复合物制备多孔CNTs@Fe/N/C电催化剂。用TEM、BET、Raman和XPS对制备的催化剂的形貌和组成进行了表征。电化学结果表明，CNTs@40% Fe/N/C催化剂的半波电位高达0.881 V，接近于商业化Pt/C催化剂。此外，CNTs@40% Fe/N/C催化剂亦具备优异的抗甲醇干扰性及稳定性，是一种有良好实际应用前景的燃料电池非贵金属氧还原电催化剂。     

胺类焦油衍生氮掺杂多孔碳载铂催化剂制备5-氨基-2-氯甲苯-4-磺酸

以芳香胺类生产过程中的釜残焦油作为碳源及氮源,采用纳米氧化镁模板法制备了氮掺杂纳米多孔碳材料,并以其做为载体制备了高分散的Pt基催化剂。采用N_2低温物理吸附-脱附、SEM、TEM以及XPS等技术手段对制备的多孔碳及碳载Pt催化剂进行表征。研究了上述碳载Pt基催化剂在硝基C酸加氢反应中的催化性能。研究发现:通过改变纳米氧化镁前驱体的类型以及前驱体与碳源的配比,可以对纳米多孔碳材料比表面积和孔结构进行定向调变,且随着载体孔径增加,催化剂的稳定性随之提高。碳载体中N的引入改善了催化剂的选择性,使得硝基C酸加氢脱氯的副反应得到有效抑制。催化剂重复使用15次后,反应底物硝基C酸转化率仍能保持在99.2%,产物CLT酸选择性稳定在99%以上。     

氧还原反应碳基电催化剂研究现状与展望

氧还原反应(ORR)是金属-空气电池、燃料电池实现电化学能量储存与转换的关键反应。在简要概述金属基ORR电催化剂发展的基础上,着重介绍了无金属碳基ORR电催化剂的研究现状。介绍了碳基ORR电催化剂的分类、ORR催化机理和发展趋势。指出了该领域目前研究尚存在的科学问题。提出了基于吡咯氮、醚键氧、噻吩硫及N,O,S-多元杂原子掺杂碳基ORR电催化剂研究的新思路。     

溶胶法制备一种高效稳定Pt/GC催化剂及其电化学性能表征

采用溶胶法制备了一种石墨化碳负载贵金属Pt的燃料电池氧还原催化剂(Pt/GC),并通过XRD、TEM、Raman和XPS等分析测试技术对其结构和组成进行了表征。测试结果表明这种新型催化剂中Pt颗粒粒径大约为2～3 nm且分散均匀。同时,通过线性扫描伏安法(LSV)和循环伏安法(CV)评价了这种催化剂的催化性能,加速耐久性实验(AAT)评价了其电化学稳定性和环境耐受性。电化学测试结果表明以石墨化碳为碳载体的催化剂在较低的铂载量下也能保持较高的催化活性和稳定性:经过1 000圈电化学循环伏安加速老化实验后,Pt/GC催化剂的半波电势仅降低了10 mV,而商业Pt/C催化剂的半波电势降低了47 mV。     

钴和氮修饰的多孔碳作为高效的析氢电催化剂的研究

采用水热的方法制备了钴修饰的3D石墨烯水凝胶,将该水凝胶浸渍在2-甲基咪唑溶液中获得了ZIF-67与3D石墨烯的复合材料,其结合了3D石墨烯和ZIF-67的孔结构特征,通过改变热解温度对材料的功能性和孔结构进行调节,经过高温热解后制得的金属钴纳米粒子嵌入于N掺杂多孔碳的材料(Co/N/GA)。通过SEM、TEM、XRD、XPS和Raman等测试手段对催化剂进行了形貌和结构的表征,以及利用循环伏安曲线、线性扫描伏安法、交流阻抗谱图和计时电流等谱图对电化学性能进行了详细的研究。结果表明,所制备的钴、氮双掺的多级孔碳材料具有较高的比表面积、较高的氮含量和优异的电子传输能力,因此优化的Co/N/GA-900催化剂在酸性和碱性溶液中,电催化析氢反应起始过电位分别为0和30mV,电流密度在10mA/cm~2的电位分别是45和67mV,Tafel曲线斜率分别为44和88mV dec~(-1),证明了本文所获得的催化剂具有优异的催化活性,而且稳定性测试也说明该催化剂具有优异的稳定性。     

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。     

碳化钼作为微生物燃料电池阴极催化剂的研究

以循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)考察Mo2C对氧还原反应(ORR)的催化行为,并采用Mo2C作为阴阳极催化剂构建MFC.结果表明,Mo2C对氧还原反应有显著的催化作用,而且其催化效果随负载量增加而增强;当以肺炎克雷伯氏菌(L17)为产电微生物、质量浓度为2 g/L的葡萄糖为燃料,阴阳极催化剂Mo2C的载量均为6.0 mg/cm2时,该MFC的最大输出功率可达1.95 W/m3,为之前报道所对应的Pt阴极材料的Mo2C基MFC最大输出功率的81.5%,Pt为阴阳极催化剂的MFC的56.3%.     

石墨烯载Pt-Ni合金催化剂制备及对氧还原反应催化性能研究

在石墨烯负载Ni纳米颗粒上,采用原电池置换法制备石墨烯负载Pt-Ni合金(Pt-Ni/G)催化剂,并研究Ni和Pt不同质量比对Pt-Ni/G催化剂结构和对氧还原反应催化性能的影响。实验结果表明,原电池置换法制备的合金催化剂纳米颗粒负载在石墨烯上,并且石墨烯上的Ni原子与置换溶液中Pt~(2+)发生置换,形成Pt-Ni合金。当Ni∶Pt质量比为1∶10时,粒径为2.8nm左右,具有较大的电化学活性表面积56.9m~2/g,起始电位0.8074V和半波电位0.6434V,表现为接近4e~-转移过程的对氧还原反应且H_2O_2产率低于10%。与Pt/C相比,Pt-Ni/G催化剂降低Pt含量且具有较好的对氧还原反应催化性能。     

Mo掺杂W_(18)O_(49)复合材料作为氧还原催化剂载体的研究

以具有氧缺陷的W_(18)O_(49)为前驱体,掺杂不同比例的Mo,制备得到系列Mo—W_(18)O_(49)催化剂.通过X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱手段表征材料的形貌结构及化学组成,通过循环伏安、线性扫描伏安法测试系列Mo—W_(18)O_(49)材料的氧还原催化性能,结果表明:当Mo的掺杂量为30%时,氧还原活性最高.在此基础上,再在30%Mo—W_(18)O_(49)材料上负载少量的Pt(质量分数为10%),制备得到Pt/30%Mo—W_(18)O_(49),并在酸性介质中进行氧还原性能测试,发现制备的Pt/30%Mo—W_(18)O_(49)催化剂的活性和稳定性优于商用Pt/C.材料的物性表征显示Mo的掺杂使材料引入了氧缺陷.氧缺陷的存在可以促进O—O键的断裂,是提高性能的一个重要因素;Pt与30%Mo—W_(18)O_(49)载体间的强相互作用是该材料具有较高催化性能的另一个重要因素.     

CeO2复合碳基催化剂的氧还原性能影响因素的探究

以六水合氯化铈为前驱体、氯化钠为模板、牛奶为碳源,制备CeO₂修饰的三维氮、磷掺杂的碳基催化剂（CeO₂?NPC）。通过旋转圆盘电极（RDE）以及旋转环盘电极（RRDE）,分析催化剂的制备条件对氧还原反应（ORR）过程的影响;结合X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱等表征,探究合成过程对结构的影响。通过改变煅烧温度发现,温度升高的过程中N、P等杂元素会随着小分子溢出,碳载体上的缺陷程度增加,CeO₂的质量分数一直处于上升趋势。     

用于PEMFC的Pt/C阳极催化剂制备与性能研究

为了提高PEMFC的阳极催化剂活性,降低Pt载量,分别采用甲醛、甲酸钠、连二亚硫酸钠、水合肼4种还原剂通过化学还原沉积法制备Pt/C催化剂;向溶液中加入某种羧酸盐(RCOOM)作为吸附剂,制备Pt/C催化剂;利用粉末微电极的循环伏安研究和恒电位极化研究考核了上述催化剂对H_2阳极氧化的催化活性的影响;通过XRD和TEM技术对催化剂的结构及微观形貌进行了分析。结果表明,甲醛作为还原剂得到的铂催化剂在碳载体上分布均匀,粒径较小,催化性能最好;加入适量吸附剂则使Pt颗粒的平均粒径减小到3.4nm,催化剂性能有明显改善。     

甲酸阳极电氧化催化剂的研究

采用碳黑作为载体,水合肼为还原剂,利用化学还原沉积法制备了Pt/C、Pt-Sn/C系列催化剂.催化剂粉末的晶体结构用XRD技术进行了表征.通过循环伏安与电流-电位极化曲线的测量研究了甲酸在不同催化剂所制备的电极上的电催化氧化行为,同时研究了甲酸浓度和催化剂的配比对阳极性能的影响.实验表明,Pt-Sn/C电极的性能在高浓度的甲酸溶液中比较好;与Pt/C电极比较,Pt-Sn/C电极对甲酸的电化学氧化显示出高的活性;Pt-Sn/C催化剂的最佳配比为Pt 20%,Sn 6%.     

电催化剂及其对甲酸氧化的电催化性能

采用氨水调节的微波多元醇法合成了Pd/C和Pd2Pt/C催化剂,并使用透射电镜(TEM)和X-射线衍射(XRD)对催化剂的微观结构和形貌进行了表征.结果显示,在微波合成的电催化剂中Pd和Pd2Pt纳米粒子具有均匀的粒径,并高度分散在XC-72纳米碳载体上,Pd和Pd2Pt纳米粒子的平均粒径分别为54 和49 nm. 电化学测试结果显示,甲酸在Pd/C催化剂上氧化的起始电位和峰电位大大低于Pt/C催化剂,这是由于甲酸在Pd/C和Pt/C催化剂上不同的氧化途径引起的.结果还显示,甲酸在Pd2Pt/C催化剂和Pd/C催化剂上氧化的起始电位相同,而且在024和080 V有两个分别对应于甲酸在Pd和Pt催化剂的氧化, 说明微波合成的Pd/C和Pd2Pt/C催化剂对甲酸的氧化具有良好的电催化性能.     

钴镍双金属磷化物的制备及OER性能研究

作为高效、持续、清洁的制氢方式之一,电化学水分解在很大程度上依赖于经济高效和稳定的电催化剂。通过搅拌浸泡将Co²⁺和Ni²⁺吸附在阳离子交换树脂上,随后通过高温煅烧,合成了一系列钴镍双金属磷化物NiCoP-x@C。实验表明,NiCoP-x@C为多孔结构,具有丰富的多孔纳米颗粒,对OER作出了主要贡献,此外,双金属掺杂和P含量的增加也促进了析氧反应的催化活性。对于OER,NiCoP-2B@C的过电位为366 mV,Tafel为52.09 mV·dec^-1,为OER催化剂的设计和制备提供了一种新的策略。     

炭黑负载酞菁共价有机框架衍生催化剂的制备及其氧还原性能

以四氨基钴酞菁(Cobalt tetraaminophthalocyanine, CoPc(NH_2)_4)为结构单元,4,4′-联苯二甲醛为连接基团,通过希夫碱反应在炭黑表面原位生长得到Co-COFs/CB前驱体,然后高温热解得到高效氧还原活性的过渡金属/氮/碳(M-N-C)催化剂:Co-COFs/CB-X(X=600、700、800℃)。使用透射电子显微镜、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等对样品的微观形貌、官能团结构以及表面成分等进行表征。测试表明:Co-COFs/CB-700催化剂存在暴露的Co-N/C、吡啶氮以及石墨氮的活性位点,有效提高了氧还原活性和稳定性。Co-COFs/CB-700催化剂的半波电位达到0.841 V,极限电流密度为5.96 mA/cm~2,电子转移数为3.78～3.96,HO_2~-产率为2.5%～14.1%。这表明Co-COFs/CB-700催化剂具有接近20%Pt/C的氧还原活性,氧还原途径为接近4电子的反应途径,且稳定性和抗甲醇性能均优于20%Pt/C。这说明Co-COFs/CB-700催化剂在燃料电池和金属空气电池领域具有潜在的应用前景。     

聚吡咯衍生的多孔氮掺杂碳材料的制备及其气体吸附应用

通过物理活化的方法,以导电高分子聚吡咯作为前驱体制备了一系列氮掺杂多孔碳材料。通过扫描电镜、X射线衍射、氮气吸脱附测试、拉曼光谱等手段对样品进行了表征。通过氮气吸脱附测试表明,该氮掺杂多孔碳材料的比表面积可达到745m~2·g~(-1),其比表面积可以通过改变活化时间来调控。所制备的多孔碳材料对二氧化碳具有较好的吸附能力,在273K和0.1 MPa条件下,吸附量可达到7.3%(质量分数)。     

PtPd-WC/C催化剂上的析氢反应

在制氢工业中发展廉价有效的电催化剂是十分关键的.把Pd加入到Pt-WC/C纳米晶粒中制得PtPd-WC/C电催化剂,并且对该催化剂在酸性介质中的催化析氢性能进行了测试.结果显示PtPd-WC/C电催化剂比Pt-WC/C电催化剂的析氢活性有很大的提高,在过电位为100 mV时电流密度提高近200mA/cm2.另外,电解质浓度和温度对催化剂性能的影响也被进行研究.动力学研究表明PtPd-WC/C电催化剂在高浓度H2SO4溶液中的过电位更低.SEM、XRD和TEM对PtPd-WC/C电催化剂表征证明催化剂呈晶体状态和Pt、Pd、WC共存.