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.     

"海胆状"Fe-Cu-Ni合金催化剂制备及析氧性能

采用快速电沉积法制备了成分均匀、形貌均一且具有高析氧活性和耐久性的"海胆状"Fe-Cu-Ni多元合金.在0.1 mol/L KOH溶液中该多元合金催化剂具有较高的反应动力学速率和反应活性,其析氧过电位为230 mV,塔菲尔斜率为99.9 mV/dec,活性为3.781 mA/cm2.同时,经长时间I-t耐久性测试发现,该合金在经过25000 s循环后,其活性仍可保持在0.507 mA/cm2.该研究可为析氧三元合金催化剂的制备调控提供可借鉴的理论和实验依据.     

纳米晶CoB粉末的制备、表征及电催化析氧性能研究

通过无水氯化钴和硼氢化钠固相反应制备纳米晶CoB粉末,系统研究微观结构及电催化析氧性能。研究表明,纳米晶CoB粉末在1.0 mol/L KOH碱性环境中,电流密度为10 mA·cm^-2时,过电位为280 mV,Tafel斜率为75.89 mV dec^-1,该值优于商业RuO₂的过电位323 mV和Tafel斜率108.09 mV dec^-1,表明纳米晶CoB粉末具有良好的析氧活性。该电催化剂具有良好的稳定性和循环耐久性。     

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.     

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.     

金属有机骨架衍生的 NiFe2O4/Co9S8复合催化剂的合成及其电催化析氧性能

以金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物为前驱体, 通过退火、硫化等后续处理方法成功制备了由 NiFe₂O₄ 纳米棒与 Co₉S₈ 空心球组装而成的杂化纳米结构. 该复合催化剂因具有较大的比表面积以及各组分间强力的协同作用, 在电催化析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)中表现出了优异的催化活性. 在 1 mol/L KOH 电解质中, 当电流密度达到 10 mA/cm² 时, 仅需 290 mV 的过电位, 且 Tafel 斜率仅为 63.02 mV/dec. 此外, 1 000 次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后仍然具有良好的催化活性, 表明该复合催化剂具有优异的稳定性. 研究成果不仅为设计廉价、高效且稳定的析氧催化剂提供了设计思路, 也为其他新型纳米复合材料的合成和应用奠定了基础.     

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.     

高性能电催化析氧催化剂氧化钌的设计

采用高温固相法结合离子交换法制备了一种HRu₄O₈微米棒;利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等对材料进行形貌和物相表征;采用线性扫描伏安、循环伏安、塔菲尔、计时电位等电化学方法研究了HRu₄O₈微米棒电解水氧析出反应的催化活性。结果表明:以RuO₂纳米颗粒为前驱体制备HRu₄O₈,其电化学活性比表面积显著增大,展现出优异的氧析出催化反应活性,在10 mA/cm2电流密度下的过电位(仅为208 mV)低于RuO₂纳米颗粒(276 mV)。另外,HRu₄O₈微米棒具有出色的稳定性,该研究为设计高活性的电解水催化剂提供了新思路。     

混合相钼酸钴纳米片电催化剂用于高效析氧反应

利用拓扑转化的方法设计合成形貌可控的混合相钼酸钴(CoMoO_4)二维纳米片电催化剂。该催化剂的纳米片结构与混合相特征赋予二维面内的高度无序结构,可使更多的活性位点得以暴露;此外,二维结构增强了电荷转移效率,从而同时获得了优化的电荷传导能力与高活性位点数。得益于这些结构优势,在电催化析氧反应过程中,该催化剂呈现出低至283mV的起始过电位,并在外加电压为1.8V·vs.RHE时显示出高达181mA·cm-2的析氧反应电流。此外,该催化剂显示出低至91mV·decade-1的塔菲尔斜率、较小的电荷转移电阻和优越的电化学稳定性,使其在水裂解制氢领域具有良好的应用前景。     

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)。     

NiCo-MOF-74的制备及其电催化氧气析出性能

采用简单的一步水热法制备了不同Ni、Co物质的量比的双金属NiCo-MOF-74催化剂,利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）和N₂吸/脱附法（BET）对催化剂进行了结构表征,并且在1 mol/L KOH电解液中通过线性伏安法评价了催化剂的氧气析出反应（OER）催化性能。结果表明：所制备的催化剂中含有C、O、Co、Ni 4种元素,并且具有棒状多面体结构和较高的结晶度;当Ni含量较低时,催化剂具有较好的OER催化活性;当Ni的摩尔分数超过10%时,催化剂的OER催化性能随着Ni含量的增加而下降。通过调节原料中Ni、Co的物质的量比,制得的Ni0.5Co9.5-MOF-74样品具有最好的OER催化性能,其在电流密度为10 mA/cm²时的过电压仅为352 mV,在相同测试条件下稳定性优于RuO₂。     

Cu掺杂La0.5Ba0.5CoO3-δ阴极材料动力学性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了钙钛矿结构La_0.5Ba_0.5Co_1-xCu_xO_3-δ(LBCC_-x,0≤x≤0.4)氧化物,系统地研究了Cu部分取代Co对LBCC_-x阴极材料的晶体结构、电导率和电化学性能的影响.研究结果表明：Cu掺杂La_0.5Ba_0.5CoO_3-δ增加了晶格体积和氧空位浓度,降低了电极材料的电导率.Cu部分替代Co有效改善了LBCC_-x阴极材料的电化学性能.当温度为750℃时极化阻抗为0.043Ω·cm^-2,La_0.5Ba_0.5Co_0.7Cu_0.3O_3-δ,(LBCC₃)表现出最优的氧还原反应活性.弛豫时间分布(DRT)分析表明,气体扩散是LBCC_-x阴极材料电催化...     

Self-supported amorphous nanoporous nickel-cobalt phosphide catalyst for hydrogen evolution reaction

Hydrogen evolution reaction(HER) through electrocatalysis using cost-efficient and long-term stable bimetallic phosphide as electrocatalyst holds a great promise for sustainable clean energy technologies. In this study, self-supported nanoporous Ni-Co-P(np-Ni-Co-P) catalyst with amorphous structure was synthesized by utilizing a facile electrochemical dealloying strategy. The results showed that due to the nanoporous structure, disorder atomic arrangement and alloying effect, the np-Ni-Co-P exhibited outstanding electrocatalytic performance for HER with low overpotential of 114 m V at a current density of 10 mA cm~2, small Tafel slope(57.3 mV dec~(-1)) and good long-term durability in 1 M KOH. The synergetic effect of Ni and Co elements improves the intrinsic activity of the active sites. This research provides a direction for the exploration of bimetallic phosphides toward HER in the water splitting process.     

用催化湿式过氧化氢氧化法降解间硝基苯磺酸钠的影响因素

采用催化湿式过氧化氢氧化法（CWPO）对间硝基苯磺酸钠溶液进行降解, 比较了不同的催化剂（Co/Bi, Mn/Ce, Cu/Mn/Ce, Cu(NO₃)₂, 活性炭）和氧化剂（过氧化氢和氧气）对间硝基苯磺酸钠的降解效率, 并研究了催化剂用量、 初始氧分压、 间硝基苯磺酸钠浓度、 过氧化氢用量、 反应温度对去除效率的影响. 结果表明, 以Cu(NO₃)₂为催化剂的CWPO法对间硝基苯磺酸钠具有较理想的降解效果, 反应温度、 过氧化氢用量和间硝基苯磺酸钠的浓度对降解反应具有显著的影响, 氧气和催化剂的加入能提高反应效率, 此外, 升温过程也对CWPO降解间硝基苯磺酸钠有较大影响.     

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。     

氮掺杂还原氧化石墨包覆金属钴复合材料的制备及其氧还原性能的研究

采用搅拌反应法制备了ZnCo（ZIF）与氧化石墨（graphite oxide,GO）的复合材料,热处理得到Co@N-doped rGO催化剂。通过X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）和扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）对催化剂进行结构表征,通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）对催化剂进行表面元素分析,分别考察了金属（Zn和Co）加入量和热处理温度对催化剂氧气还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）催化性能的影响,结果表明：所制备的催化剂整体呈层状分布,表面附着金属小颗粒团簇;随着金属加入量的增加,催化剂的ORR催化性能先增强后减弱;随着热处理温度的升高,催化剂的ORR催化性能先增强后减弱。所制备的S-2-850催化剂具有最好的ORR催化性能,在0.1 mol/L KOH电解液中,其起始电位和半波电位分别为0.871 V和0.804 V,在相同测试条件下活性稳定性优于20% Pt/C。     

低温下CO选择性催化还原NO_x的实验研究

进行了CO作为还原剂选择性催化还原低温烟气中NO_x的实验.主要考察了反应温度、活性金属负载质量比、活性金属种类3个因素对脱硝效率及CO转化率的影响.结果表明:考察温度窗口内(100~180℃),随着反应温度的升高,Cu-Co/Al_2O_3催化剂的NO脱除率逐渐升高,Cu-Mn/Al_2O_3催化剂的NO脱除率先升高后降低,CO转化率不断增大;随着活性金属负载质量比的改变,实验工况下Cu-Co/Al_2O_3和Cu-Mn/Al_2O_3催化剂活性金属负载质量比均为1.5时催化剂的脱硝性能最优;Cu-Mn/Al_2O_3的整体NO脱除率高于Cu-Co/Al_2O_3;8种催化剂中活性金属负载质量比为1.5的Cu-Mn/Al_2O_3催化剂在160℃下脱硝效果最好.     

透氧膜反应器内NiO/MgO催化甲烷重整反应的途径

在透氧膜反应器内对比分析了不加催化剂和添加 1 g 9% Ni/γ -Al2O3 催化剂的甲烷重整反应实验. 结果表明, 不加催化剂时甲烷相对较惰性; 而在催化剂的作用下, 甲烷重整活性得到了较大提高, 但是催化剂易积碳. 推测甲烷重整反应路径如下: 甲烷在催化剂活性组分上发生裂解, 产生氢和碳; 生成的氢与膜表面的氧反应生成 H₂O,从而使得膜表面侧氧分压下降, 透氧量增大. 通过设计不同 Ni 含量 NiO/MgO 催化剂下的甲烷裂解和甲烷重整反应实验, 验证了以上的反应机理模型.     

Mechanism of electrochemical evolution of chlorine and oxygen at Ti/SnO2-IrO2 anode

The mechanisms of chlorine and oxygen electrochemical evolution at a novel Ti/SnO₂-IrO₂ anode were investigated using cyclic voltammetry and steady state current?potential measurements. For this study a laboratory constructed model cell was employed. Firstly, controlled potential electrolysis of 0.1 mol/L NaCl was performed and chlorine was observed to evolve at potential +1.2 V. The pH values of the solution decreased during electrolysis over the potential range of +1.0 V?+2.0 V, suggesting that oxygen evolution may involve in the reactions. Electrolysis with a de?oxygenated NaCl solution at a fixed potential of +2.0 V confirmed that O2 is one of the products generated at the anode. Further electrolysis of NaCl solution was conducted under steady state conditions. A potential?current density plot was constructed over the potential range of +1.00 V?+1.28 V. The slope of the plot at Tafel section was found to be 41 mV/decade. These results indicate that chlorine evolution at the anode is achieved via an intermediate layer formed by electrosorption of oxygen and chlorine on the electrode surface.     

脉冲电沉积制备非晶态Ni-Mo合金及析氢性能

电解水产氢具有原材料来源丰富、生产过程清洁、效率较高的优势,已经成为广泛研究的技术之一.通过脉冲电沉积技术,在不同的电流密度和占空比下,制备了不同的非晶态Ni-Mo合金镀层,研究了电流密度和占空比对镀层性能的影响.结果表明:随着占空比和电流密度的增大Mo含量减小,表面更加粗糙,在电流密度为2.5 A·dm^－2和占空比0.8下,可获得表面极为粗糙的非晶态Ni-Mo合金镀层,另外,占空比为0.6和电流密度为2.0 A·dm^－2下获得晶粒尺寸较小的合金镀层.粗糙表面结构的Ni-Mo合金在较大的过电位下表现出更好的析氢催化性能,而具有较高Mo含量和细小晶粒尺寸的合金镀层析氢催化活性较高.