加成型液体硅橡胶体系用催化剂的研究进展

新型催化剂的开发与制备是加成型液体硅橡胶体系的关键技术之一。简单介绍了液体硅橡胶体系的应用,从硅氢加成反应用催化剂和抑制剂的种类以及催化机理方面综述了硅氢加成反应用催化剂的研究进展,展望了硅氢加成反应用催化剂和抑制剂的发展趋势。     

直接甲醇燃料电池电催化剂的研究及进展

从铂系和非铂系两个方面综述了近年来直接甲醇燃料电池电催化剂的研究及进展。     

形貌控制合成高电催化活性的铂系纳米催化剂

形貌控制合成高电催化活性的铂系纳米催化剂一直是燃料电池的研究热门。树枝状结构提高了电催化活性和利用率,多组分体系降低了成本。对比多种化学合成方法,提出了合成高性价比树枝状铂系纳米催化剂的突破点。     

Fe-Mn/TiO2低温NH3-SCR脱硝催化剂的SO2中毒机理

Fe-Mn/TiO₂低温脱硝催化剂具有较高的低温活性和热稳定性,但抗SO₂能力差,不能满足工业应用要求。目前对于SO₂中毒位点以及中毒机理仍不明确。通过浸渍法制备了Fe-Mn/Ti、Fe/Ti、Mn/Ti,并在SO₂或NH₃-SCR气氛下对催化剂进行预硫化,通过TPD、H2-TPR、XRD、FTIR、XPS等表征手段对预硫化前后的样品进行表征,发现Ti、Fe/Ti、Mn/Ti和Fe-Mn/Ti催化剂预硫化后,Ti均发生硫酸化。在NH₃-SCR气氛比在SO₂气氛下催化剂中毒更严重,Fe加入后与Mn形成复合氧化物,改变Mn的存在状态,抑制Mn的硫酸化,但并没能阻止Ti的硫酸化。因此催化剂的抗毒性不仅要防止活性组分中毒,也需要防止载体中毒。     

PEMFC电催化剂研究进展

介绍了质子交换膜燃料电池用电催化剂的研究进展.论述了Pt-Ru、Pt-Sn、Pt-W、Pt-Mo等阳极催化剂以及Pt-Fe、Pt-Co、Pt-Cr等阴极催化剂的制备方法、催化机理和性能;介绍了无铂大环螯合物和过渡金属复合氧化物等非铂系催化剂和碳纳米管等新型载体催化剂的研究进展,提出了PEMFC用催化剂的研究方向.     

催化合成三氟丙基甲基二氯硅烷的研究

以聚乙烯基硅氧烷为保护剂制备了102白色担体负载的铂络合物催化剂,合成了三氟丙基甲基二氯硅烷.考察了催化剂用量、体系温度、回收利用对目的产物含量的影响.结果表明,102白色担体负载的铂催化剂对该反应具有较高的活性和稳定性,目的产物的含量可达到85%.催化剂重复使用8次未发现有失活.     

一种新型的Fe-N/C氧还原反应电催化剂的制备及其性能研究

铂用作阴极氧化还原反应(ORR)的催化剂因其资源匮乏,价格昂贵,使得成本过于昂贵,从而阻碍了聚合物电解质燃料电池的广泛使用。降低贵金属催化剂用量,寻求廉价催化剂,提高电极催化剂性能成为电极催化剂研究的主要目标。以聚苯胺作为碳氮模板,负载非贵重金属铁元素,在高温氢气气氛下热处理,制备了一种新型的Fe-N/C催化剂,并利用FT-IR和XPS对该催化剂进行了结构表征。同时电化学测试结果显示,该催化剂在酸性、中性及碱性介质中催化氧气还原,起始电位分别为0.707V、0.203V、-0.012V,其催化性能接近于铂基催化剂,且具有良好的稳定性,有望成为铂基催化剂的最有前景的替代品。     

铂基疏水催化剂制备及其在氢-水液相催化交换中的应用

采用浸渍-液相还原法合成Pt/C催化剂, 以聚四氟乙烯(PTFE)为疏水材质, 多孔陶瓷球为支撑载体制备出0.8wt%Pt-C-PTFE的球形(φ5.5 mm)疏水催化剂。通过透射电镜(TEM)、X射线能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等分析了催化剂的物理性能, 液相催化反应进行了水去氘化的氢同位素交换性能表征。结果表明, Pt/C催化剂中金属铂负载量小于20%时, 铂粒子平均粒径可以控制在2.4 nm左右。铂粒子价态为Pt⁰、Pt²⁺、Pt⁴⁺, 其中零价态铂含量约为60%。金属铂负载量、疏水催化剂的装填比及交换温度对其总传质系数有较大影响。纳米铂单质和其氧化物共同作用实现催化交换。     

含铂催化剂的硅胶泡沫阻燃性能实验研究

为研究不同含量铂催化剂对硅胶泡沫阻燃性能的影响,利用端乙烯基硅氧烷、α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、含氢硅油等原料和不同含量的铂催化剂制成样品,对样品(铂催化剂量为0.2~0.8 g)的极限氧指数LOI、垂直燃烧、热释放速率、热稳定性及烟密度进行测试。结果表明:铂催化剂添加量为0.8 g时氧指数为29.1%,垂直燃烧达到UL-94V-0,阻燃性能相对较好;与铂催化剂添加量为0.2 g的样品相比,其热释放速率下降了36.5%,表明减缓了热裂解速率,降低了火灾危险性;炭渣表面裂缝窄小,表明铂催化剂量的增加有利于材料炭化层的形成,烟密度等级(SDR)由9.53下降到2.27,下降了76.2%,最大烟密度(MSD)下降了75%;由TG曲线得铂催化剂添加量为0.8 g时质量损失为28.09%,比铂催化剂添加量为0.2 g时质量损失减少了14.45%,表明铂催化剂添加量为0.8 g的试样稳定性更好。因此,增加铂催化剂的量可以改善硅胶泡沫材料的阻燃性能。     

氮掺杂碳纳米片负载Fe-Co-Pt复合材料的制备及其氧还原电活性

制备高活性和高稳定性的电催化剂复合材料一直是燃料电池与金属-空气电池的重要研究内容。以双氰胺作为碳氮源,通过酞菁钴和二茂铁提供金属纳米颗粒,对其混合物进行简单的高温热解得到负载铁钴合金的氮掺杂碳纳米片（Fe₁-Co₁-N/C）;最后利用沉积法将少量铂引入到Fe₁-Co₁-N/C上,得到负载铂铁钴三金属合金的氮掺杂碳纳米片（Fe₁-Co₁-Pt-N/C）。酸性介质中催化剂的氧还原反应（ORR）测试结果表明,Fe₁-Co₁-N/C本身对ORR具有较强的电活性,而2.36%～3.58%铂的加入显著提升了催化剂的电催化性能,其ORR起始电位、半波电位和极限扩散电流均可与商业Pt/C（40%）媲美,且具有优异的稳定性,可作为氧还原催化剂良好的候选材料。     

碳基纳米结构作为燃料电池催化剂载体的研究进展

质子交换膜燃料电池的主要商用催化剂是碳负载铂纳米粒子体系,其中碳的形式主要是碳黑。然而Pt属于贵金属,价格高、储量低,严重阻碍了PEMFCs的商业化进程。新型碳基纳米材料的不断涌现以及对其性能研究的不断深入,为解决上述问题带来了可能。越来越多的研究显示,基于新型碳基纳米材料的担载体系,不但能够提高Pt的利用率,降低所需的Pt担载量,还能提升催化剂的稳定性和催化活性等,从而高效地提升担载型催化剂的性价比。概述了近年来碳基纳米材料作质子交换膜燃料电池催化剂载体的研究进展,并讨论了未来的发展方向以促进质子交换膜燃料电池的大规模商用。     

碳载体预处理对燃料电池Co-N/C非铂催化剂氧还原性能的影响EI北大核心CSCD

钴(Co)基氧还原催化剂以价格低、储量高、易获得等优势成为代替铂基氧还原催化剂重要选择之一。本工作先对科琴黑进行硝酸酸化预处理,与四水合乙酸钴混合后在氨气气氛下800℃热解制备出Co-N/C氧还原催化剂。由红外光谱测试、联碱中和滴定与比表面积测定可知,经硝酸酸化预处理后,科琴黑表面含氧官能团数量增多,科琴黑孔径不变,中孔比例增加。XRD和TEM测试表明科琴黑和四水合乙酸钴经氨气热处理后,生成了分散均匀无团聚的Co_(5.47)-N/C催化剂。电化学测试表明载体经预处理后,制备的Co-N/C催化剂的氧还原反应(ORR)的电催化性能更好,在碱性条件下电流密度达到了预处理前的4.2倍,在催化动力学中属于四电子转移。     

Formation, microstructural characteristics and stability of carbon supported platinum catalysts for low temperature fuel cells

Supported platinum electrocatalysts are generally used in low temperature fuel cells to enhance the rates of the hydrogen oxidation and oxygen reduction reactions. In such catalysts, the high surface to volume ratios of the platinum particles maximize the area of the surfaces available for reaction. It is the structure and proper dispersal of these platinum particles that make low-loading catalysts feasible for fuel cell operation, lowering the cost of the system. If the platinum particles cannot maintain their structure over the lifetime of the fuel cell, change in the morphology of the catalyst layer from the initial state will result in a loss of electrochemical activity. This loss of activity in the platinum/carbon catalysts due to the agglomeration of platinum particles is considered to be a major cause of the decrease in cell performance, especially in the case of the cathode. In the light of the latest advances on this field, this paper reviews the preparation methods of these catalysts, their microstructural characteristic and their effect on both thermal and in cell conditions stability.     

Electrocatalytic activity of PtAu/C catalysts for glycerol oxidation

The electrocatalytic oxidation of glycerol on PtAu/C catalysts has been investigated by cyclic voltammetry. PtAu bimetallic nanoparticles are prepared by chemical reduction. Carbon-supported PtAu catalysts are found to exhibit high electrocatalytic activity for the oxidation of glycerol in alkaline solution in terms of oxidation potential and current density as well as stability, and PtAu/C catalysts with different Pt:Au composition ratios show no much difference in catalytic activity. In acidic solution, PtAu/C catalysts exhibit similar to Pt/C catalysts in activity, but the advantage of the PtAu/C catalysts in terms of per unit mass of platinum is still obvious. The PtAu/C catalysts, in a wide Pt:Au ratio range, show a remarkable enhancement in the mass specific activity of platinum with decreasing platinum content in both alkaline and acidic solutions. This is of significance for reducing the usage of platinum and indicates that though platinum acts as main active sites, gold also plays an important role in the function of PtAu/C catalysts.     

Characterization of Pt-Cu binary catalysts for oxygen reduction for fuel cell applications

Nanostructured Pt-Cu/C alloy catalysts synthesized by a reduction procedure with different reducing agents are investigated to find the origin of the enhanced activity of the oxygen reduction reaction for fuel cell applications. Prepared catalysts are characterized by various techniques, such as energy dispersive X-ray spectrometry, X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM) and cyclic voltammetry. XRD analysis shows that all prepared catalysts exhibit face-centered cubic structures and have smaller lattice parameters than pure Pt catalyst. TEM images show that the particle size of the catalysts increases with the heat treatment temperature, and that different reducing agent causes different particle size and dispersion of the binary catalysts on XC-72R. Using the polyol method with CuSO₄ as the precursor, the Pt-Cu/C sample is found to have good dispersion and high Cu loading. The Pt-Cu/C sample has a slightly higher specific activity value than that of Pt/C. The catalytic activity can be enhanced greatly with hydrogen reduction at 300 °C. Higher reduction temperatures cause the catalytic particles to agglomerate and therefore decreased catalytic activity.     

铂修饰二氧化钛纳米片的制备及其光电催化析氢反应研究

利用静电吸附作用在二氧化钛纳米片上负载铂原子制备了两种不同形态的铂催化剂。SEM、XRD、TEM测试结果表明, 改变铂负载量可以调控铂的形貌结构。在低Pt负载(0.2wt%)下, 铂原子主要是半径约2 nm的纳米簇, 当Pt负载量增加到1wt%时, 铂原子在二氧化钛纳米片上堆积成纳米颗粒。调控Pt负载量和纳米结构, 可以显著提高二氧化钛纳米片催化析氢反应的活性。在AM1.5太阳光照射下, 两种催化剂的塔菲尔斜率都小于100 mV/dec, 分别为56和90 mV/dec。与TiO₂-Pt1%催化剂相比, TiO₂-Pt0.2%具有更理想的金属-半导体界面, 有利于光生电子迁移至铂纳米簇表面, 因而具有更高的催化活性。本实验为研究更加高效的铂催化剂和其他光电催化剂提供了新的途径。     

Preparation and catalytic activity of Pt/C materials via microwave irradiation

Microwave heating was employed to prepare highly dispersed Pt/C catalyst. Uniform platinum nanoparticles with average diameter of about 3.0-5.0 nm dispersed on carbon materials (XC-72) were synthesized using a domestic microwave oven. Synthesized Pt/C materials were characterized by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. The particle size and size distribution of Pt nanoparticles greatly depend on microwave irradiation duration, where the heating temperature rises rapidly as the process proceeds. Cyclic voltammetry demonstrates that Pt/C catalysts derived from microwave irradiation for 90 s exhibits higher catalytic activity than a commercial Pt/C catalyst (E-Tek) at room temperature. The improvement in electrocatalytic activity of synthesized Pt/C materials is attributed to uniformity of particle size, well dispersion and high surface area, which is obtained around 175 °C and irradiation for 90 s.     

核壳型铂基燃料电池催化剂制备方法与微结构控制综述

目前催化剂是制约燃料电池走向市场的关键,限制了燃料电池发展及大规模商业应用,寻求能够同时降低催化剂成本和提高催化剂性能的有效方法十分迫切。具有核壳结构的Pt-M催化剂不仅可以降低贵金属铂的用量,而且能显著提高催化活性。本文总结了近20年来核壳型Pt-M催化剂的主要制备方法,包括晶种法、去合金法、电化学沉积法等;重点分析非贵金属-铂核壳结构(M@Pt,M=Ni、Co、Cu、Fe等)的制备途径,总结了每种方法的特点。另外,还讨论了核壳结构在纳米层次上的精细控制和设计方案,这有助于理解核壳结构对电化学催化动力学的作用规律,更好地设计开发新型催化剂。     

质子交换膜燃料电池关键材料的研究进展EI北大核心CSCD

燃料电池是一种非常有前景的新能源体系。燃料电池不使用热力发动机,利用电极和电解质界面发生的化学反应直接将燃料的化学能转换成电能,反应不受卡诺循环限制,因此,具有高的能量转换效率。在燃料电池中,质子交换膜燃料电池(PEMFC)在便携式设备、交通运输以及固定装置领域具有重要的应用前景。然而,目前的PEMFC还存在一些问题,主要包括高成本、功率不足、稳定性差等问题,限制了其大规模商业化应用。这些问题的根本原因在于PEMFC中阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的成本和性能还不能满足PEMFC商业化的要求。要实现PEMFC的大规模应用,需要开发先进的阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料。针对PEMFC对低成本、高性能先进材料的需求,本文综述了阴极催化剂、气体扩散层、质子交换膜和双极板等关键材料的研究进展以及应用面临的问题,并指出了未来的发展方向:加强铂合金催化剂以及金属-氮-碳(M-N-C)化合物催化剂的规模化制备工艺的探索;制备兼具高质子传导率和优异力学性能的质子交换膜;详细研究改性气体扩散层在不同的工况条件下对PEMFC性能的影响;开发具有优良耐蚀性和导电性的涂层或新型金属材料用于双极板。