微生物燃料电池非生物阴极催化剂的研究进展

在微生物燃料电池（MFC）中,以氧为电子受体具有很多优点,但氧阴极还原的反应动力学慢,会造成阴极电势的损失。 因此,提高阴极对氧还原的电催化活性和降低催化剂的价格是MFC非生物阴极催化剂的研究重点之一。 本文综述了近年来MFC中非生物阴极氧还原催化剂的研究进展。 重点讨论了贵金属Pt、过渡金属大环化合物以及金属氧化物催化剂对氧还原的电催化活性。 其中,非贵金属氧化物及过渡金属大环化合物催化剂具有良好的性能,而且价格低廉,有望成为MFC非生物阴极Pt基催化剂的替代催化剂。     

氮掺杂石墨烯的一步法低温合成及用作微生物燃料电池阴极催化剂的产电特性

利用爆炸法低温合成了氮掺杂石墨烯(NG),并通过高分辨透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、Raman光谱仪以及X射线衍射仪对其进行了表征.电化学性能检测结果表明,所合成的NG在中性磷酸盐电解液中具有优异的氧还原催化活性,完全能够与贵重金属铂催化剂(Pt/C)相媲美,氧还原催化稳定性甚至优于Pt/C.当NG用作微生物燃料电池(MFCs)的阴极氧还原催化剂时,在外阻为1000Ω情况下,MFCs的最大功率密度为1345 mW/m2,产电稳定性优于以Pt/C为阴极催化剂的MFCs,可以成为Pt催化剂的理想替代品.     

质子交换膜燃料电池MnO2-Pt/C复合催化剂阴极的富氧作用

质子交换膜燃料电池空气电极阴极催化剂的富氧作用是提高其性能的关键.应用化学氧化法制备MnO2-Pt/C复合催化剂,研究MnO2的富氧作用,应用CV、CP、TEM等方法表征该催化剂,并组装成单电池测试其性能.     

石墨烯基氧还原催化剂在金属空气电池中的应用

随着金属空气电池技术的不断发展,氧还原催化剂成为限制其动力化的最主要瓶颈之一。近几年来,石墨烯基氧还原催化剂(GORRC)由于优异的氧还原催化活性而备受关注。本文结合石墨烯基氧还原催化剂的研究现状,将其分为三类:石墨烯作氧还原催化剂载体,氮掺杂石墨烯作为氧还原催化剂,以及氮掺杂石墨烯与其他催化剂形成的复合催化体系,并对这三种石墨烯基氧还原催化剂进行了详细的综述。石墨烯作为一种优良的催化剂载体,能够显著降低活性物质负载量,提高氧还原催化剂的催化活性和长期稳定性。氮掺杂石墨烯显示了优良的氧还原催化性能。氮掺杂石墨烯与其他催化剂复合后,由于两者之间的相互作用,可得到性能更为优异的氧还原催化剂。最后,本文还对石墨烯基氧还原催化剂及其在金属空气电池中的研究前景和发展方向进行了展望,指出了将来的研究重点。     

阴极催化剂对微生物燃料电池性能的影响

以不同载量的MnO_2/rGO和Pt/C修饰阴极电极构建了生物阴极型双室微生物燃料电池(MFC),考察了不同阴极催化剂修饰MFC对其产电性能以及老龄垃圾渗滤液主要污染物去除效果的影响。结果表明,以MnO_2/rGO修饰MFC阴极电极材料,能显著提高MFC产电性能及对老龄垃圾渗滤液中污染物去除效果;输出电压为372 mV,功率密度为194 mW/m~3(是未经催化剂修饰MFC的两倍),内阻为264Ω,化学需氧量(COD)和氨氮(NH_3-N)去除率分别为58.68%和76.64%。当MnO_2/rGO载量为.0 mg/cm~2时,MFC性能与负载Pt/C的MFC性能接近,但构建成本却明显降低。     

直接甲醇燃料电池PtRuMo/C电催化剂的制备和性质

直接甲醇燃料电池PtRuMo/C电催化剂的制备和性质;直接甲醇燃料电池;电催化剂;甲醇电氧化     

钴-聚吡咯-碳载Pt催化剂的制备及其单电池性能研究

采用脉冲微波辅助化学还原法制备了钴-聚吡咯-碳载Pt催化剂(Pt/Co-PPy-C),并将其作为阴极催化剂,组装单电池。考察了电池运行温度和氢气/空气计量比对单电池性能的影响,并与商业Pt/C催化剂进行了耐久性实验比较。 结果表明,运行温度为70 ℃,氢气与空气的计量比为1.2:2.5时单电池性能最佳。600 mA/cm²恒电流稳定运行150 h耐久性测试中,以Pt/Co-PPy-C为阴极催化剂的单电池平均电压衰退率为0.119 mV/h,是商业Pt/C催化剂的26%。耐久性测试前后,单电池的阴极电荷传递阻抗为7.176和8.767 Ω,均比商业Pt/C催化剂阻抗小;Pt颗粒粒径从2.46 nm增长到3.18 nm,均小于商业Pt/C催化剂的粒径。这表明,以Pt/Co-PPy-C催化剂为阴极催化剂制备的单电池性能优良,在质子交换膜燃料电池中有广泛的应用前景。     

电沉积制备p型CuInSe_2薄膜

CuInSe_2化合物半导体的禁带宽度适中,是一种较理想的光电转换材料,有关它的研究已有报导.本文用电沉积法初步制得ρ-CuInSe_2薄膜,并观察到有光电效应.此法设备及工艺简单,具有发展前途. 用0.5cm~2钛片或镍片作基底.钛片在12ml HNO_3(比重1.4),3mlHF(40%),15ml蒸馏水组成的侵蚀液中在60—80℃下侵蚀4分钟;镍片在0.3NHNO_3中浸15分钟.皆用水洗净后待用. 将200ml所需浓度的InCl_3溶液分成两份,一份中加5滴NH_4OH和适量CuCI,另一份中     

氮掺杂碳纳米管高负载金属催化剂在铝空气电池中的应用

在铁基催化剂(Fe-N-C)中引入金属铈,采用高温热解法合成了氮掺杂碳纳米管(NCNTs)高负载金属催化剂(Fe/Ce-NCNTs)。金属铈的引入能更好地促进碳纳米管(CNTs)的生长,锚定更多的铁原子,增加Fe—NX活性位点的数量。Fe/CeNCNTs催化剂在碱性介质中表现出良好的催化活性和稳定性,半波电位为0.86 V(vs RHE)。将Fe/Ce-NCNTs催化剂应用于铝空气电池(AABs),其峰值功率密度可达142 mW·cm^-2,在50 mA·cm^-2电流密度下放电比容量达到865 mAh·g^-1,在高电流密度负载下具有较高的电压。     

MnO2上氧气第一个电子转移步骤的从头计算研究

采用裸露簇和嵌入簇模型, 对β-MnO₂ (001), (110), (111)三个晶面以及O₂在(110)晶面的单址吸附模式(Pauling和Griffths模式), 进行从头计算. 从β-MnO₂ (001), (110), (111)三个晶面的电子结构差异以及O₂在(110)晶面吸附的吸附能、几何结构、集居数以及净电荷数分析得到: (001), (110), (111)三个晶面中(110)晶面的催化活性最高, 其活性顺序为(110)＞(111)＞(001). 氧气在(110)晶面的吸附, Pauling和Griffths两种吸附模式均存在, 属于化学吸附中的离子吸附. 氧气与MnO₂固体间发生了单电子转移, 氧气得到电子被还原成O₂^-, 转移电子属于整个体系, 具有离域性.     

纳米MnO2的制备及其电化学性能研究

加入不同浓度的十二烷基磺酸钠表面活性剂(SDS)改变微乳液溶液介质,用苯胺还原高锰酸钾,制备了不同颗粒大小的纳米片状MnO2材料.采用X射线粉末衍射、氮吸附比表面测试和扫描电镜及透射电镜表征观察合成材料.电化学测试表明,0.20 mol·L-1SDS所合成的纳米MnO2比表面约为228.2 m2·g-1,在1mol·L-1Li2SO4电解液中,该电极比电容达到237 F·g-1(0.1 A·g-1),350℃煅烧MnO2电极还可发生可逆Li+嵌脱反应增加其比电容.     

百香果内膜生物炭作为微生物燃料电池阴极催化剂的产电性能研究

以天然来源的生物质百香果内膜为原料,采用热解炭化-KOH活化的方法制备出比表面积大、孔隙结构好的纳米片生物炭（BXG-AC）,并通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等方法对所制备催化剂进行了元素组成和微观形貌表征,采用循环伏安扫描（CV）和线性伏安扫描（LSV）对材料的电化学性能进行分析。结果表明,百香果内膜生物炭经过KOH活化后,在0.1 mol/L的磷酸缓冲液（PBS）中表现出良好的电催化活性。将所制备的催化剂应用于单室MFCs阴极时,对应的MFC最大功率密度达1153.3 mW/m²,略低于Pt/C的1214.3 mW/m²,且此MFC运行60 d后,其性能未见明显降低。表明BXG-AC催化剂具有显著的催化活性和稳定性,为开发高效MFC阴极催化剂提供了新途径。     

用于直接甲醇燃料电池的高活性PtCo-CNT@TiO_2复合纳米阳极催化剂

采用溶胶凝胶法制备CNT@TiO_2载体,利用电沉积法制备用于直接甲醇燃料电池的PtCo-CNT@TiO_2阳极催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和电化学工作站对其进行表征。结果表明,PtCo-CNT@TiO_2复合纳米材料有明显的结晶,且金属粒子围绕在TiO_2包覆的碳纳米管的周围,用于直接甲醇燃料电池阳极催化剂具有较高的活性与稳定性。该PtCo-CNT@TiO_2催化剂的电化学比表面积为164 m~2/g,65℃时甲醇的氧化峰电流达到45 mA/cm~2,计时电流曲线表明300 s后PtCo-CNT@TiO_2的氧化电流趋于24 mA/cm~2,在碱性条件下甲醇的氧化峰电流为39.7 mA/cm~2。     

有序介孔氮掺杂碳负载三氧化二铁的制备及其催化氧还原性能

制备了有序介孔氮掺杂碳负载三氧化铁,有效降低了氧还原的过电势。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附测试、粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、拉曼光谱等技术表征了所制备的催化剂的物理化学性质。此外,用旋转圆盘电极测试了其在碱性条件下对氧还原反应的催化活性和选择性。实验结果表明:氮气热解后铁以三氧化二铁的形式负载于有序介孔氮掺杂碳中,其比表面积达到755 cm^2·g^-1。拉曼和X射线光电子能谱结果表明,加入铁前驱体后所制备的催化剂石墨化程度有所提升、阻抗降低、导电性增加。在碱性条件下,Fe2O3@NC催化剂呈现出4电子氧还原反应,其起始电位(-0.01 V vs Ag/AgCl)和半波电位(-0.13 V vs Ag/AgCl)与商用20%Pt/C相当。此外,该催化剂具有较好的抗甲醇性能且其恒电压稳定性优于商用Pt/C。Fe2O3@NC催化剂用于锌-空电池放电测试,其放电功率可以达到88 mW·cm^-2,是商用Pt/C的1.29倍。     

纳米纤维素/MnO2自支撑锌离子电池正极的制备及其电化学性能研究

以羟基纳米纤维素为原料,利用其表面丰富的羟基还原KMnO 4,在纳米纤维表面原位生成MnO₂纳米颗粒,并与Super P混合,通过简单抽滤的方式获得CNF@MnO₂/Super P自支撑正极。结果表明:无粘结剂的CNF@MnO₂/Super P自支撑正极具有较高的循环稳定性,在0.5 A·g^-1的电流密度下,循环800圈后,容量仍能达到247 mAh·g^-1;均匀分布的纳米MnO₂与Super P能够有效缩短离子和电子扩散路径,大大降低材料的电阻,使正极具有良好的倍率性能,在2 A·g^-1的电流密度下,循环300圈之后,电池容量仍保持在175 mAh·g^-1,库仑效率~99%;利用该正极良好的延展性,制备了软包电池,并表现出了较高的循环稳定性和容量保持率,该工作为柔性无粘结剂的水系Zn-MnO₂二次电池的设计开发提供了新的研究思路。     

新型碳纤维负载直接乙醇燃料电池Pt-SnO_2阳极催化剂的性能研究

采用静电纺丝技术制备了碳纤维基纳米Pt-SnO2阳极催化剂(Pt/Sn原子比为3)。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)等技术对该催化剂进行了表征,并采用循环伏安法对其在乙醇燃料电池中的阳极催化活性进行了评价。结果表明,纳米Pt-SnO2催化剂均匀地分散在碳纤维骨架上;随着烧结温度的升高,碳纤维载体的致密度越高、导电性能越好。电催化性能测试表明,烧结温度为800℃时催化剂的峰电流密度最大,达到0.11 A/cm2,抗中毒能力也最强。单电池的发电性能表明,在一定的乙醇浓度下,1.0 mL/min进样流速具有最优的发电效率。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定烧结增效剂中三氧化二硼和二氧化锰

提出了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定烧结增效剂中主成分三氧化二硼和二氧化锰含量的方法。用盐酸-硝酸混合溶液溶解样品,选择波长257.610,249.773 nm两条谱线分别作为测定硼和锰的分析线,采用背景校正来扣除干扰。方法用于烧结增效剂样品分析,测定结果与化学法测定值相一致。