空气电极氧还原过程研究

通过测量空气阴极与镍阳极组成的电解析氧装置的氧气产出量，并根据单位时间内气量与电流的关系可定量地计算出氧还原的两种历程在反应中所占的比例。试验结果表明，仅以活性炭为电催化剂的空气电极2电子途径的反应占74％．以MnO2为催化剂的空气电极，当含量达33％时，4电子途径的反应达100％。此方法可动态研究反应过程中两种氧还原反应随时间的变化。     

离子液体中钯电极上氧分子电化学还原反应初探:水的影响

本文通过循环伏安法分别研究了在酸性水溶液与离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF4)中钯电极上的氧还原反应(ORR),并探究了离子液体中质子供体(水)的引入对氧电还原反应的影响.结果表明,与酸性水溶液中钯电极上氧还原反应的4电子途径不同,在质子惰性的[Bmim]BF4离子液体中钯电极上的氧还原是通过1电子途径进行,还原生成离子液体中能稳定存在的O2●-,且该反应有较好的可逆性.而在离子液体中引入少量水后,氧还原反应逐渐向不可逆的2电子途径转化,生成过氧化物.     

掺杂LaNiO3型双功能氧电极的电化学性能

双功能氧电极的开发是二次空气电池的关键问题,以开发高性能的双功能氧电极为目的,制备了 LaNi1-yMyO3(M=Co,Fe;y=0,0．2)钙钛矿氧化物作为双功能氧电极的电催化剂,以活性碳为载体,聚四氟乙烯乳液为粘接剂制备双功能氧电极．采用三电极体系测试了氧电极的稳态极化曲线和电化学交流阻抗谱,并对其阴极极化和阳极极化的交流阻抗谱图进行分析．通过等效电路的拟合研究了该系列双功能氧电极氧还原反应的工作机理．结果表明,对于LaNiO3化合物,B位掺杂可显著提高催化剂的电催化性能,电极氧还原反应的极化主要由电荷转移反应和Nernstian扩散过程造成．     

一种金属复合氧化物为催化剂的空气电极的研究

以一种金属复合氧化物为催化剂,以活性炭为载体,制备了空气电极.采用三电极体系测试了空气电极的阴极稳态极化曲线和200 mA/cm2电流密度下连续放电曲线.结果表明,在ω(NaOH)=30%的溶液、300 mA/cm2电流密度下,氧还原的过电位仅0.180 V;200 mA/cm2的电流密度下放电,寿命可长达6 000多小时.用此种空气电极作为阴极,可以大幅度提高锌-空气电池和铝-空气电池的电压.     

Co-Mo-N/TiN催化剂的制备及其氧还原性能研究

以改进的溶胶凝胶法将Co、Mo混合氧化物负载在纳米氮化钛上,经程序升温氨还原得到催化剂CoMo-N/Ti N,并使用XRD、EDS、CV、RDE等方法对催化剂的结构及氧还原性能进行测试.结果显示,热处理温度为650℃时制得的催化剂Co-Mo-N-650的氧还原催化活性最好,其氧还原起始电位为0.372 V(vs.SCE),在转速为2 000 rpm时极化电流密度达2.21 m A·cm-2,并得到了该催化剂上氧还原反应的转移电子数为2.6,说明Co-Mo-N-650催化的氧还原反应主要按二电子路径进行.     

空气电极负载TiO2的新型复合电极的研究（Ⅱ）

本文介绍了具有合成H2O2和光催化性能的双功能新型复合电极.双功能复合电极是将TiO2/C光催化剂负载在具有合成H2O2性能的新型载体上形成的.当反应器工作时,复合电极中的TiO2/C光催化层表面进行着光催化反应,在载体的三相界面上进行着O2的2电子还原生成H2O2的电化学反应(O2+2H++2e→H2O2),电流效率达82%(i=15mA/cm2),为@OH自由基的生成提供了物质源,而且氧的2电子还原反应电位使其表面的TiO2获得相对于平带电位约+0.5v的阳极偏压,改善了TiO2的光催化活性.实验结果表明,TiO2负载量与反应速度密切相关;空气电极合成H2O2的速率受电流密度和pH值的影响.     

制备条件对卟啉钴氧还原催化性能的影响

采用合成后未经提纯的粗卟啉、Co(OH)2和碳粉制备卟啉钴用于质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应电催化剂.研究了试样组成和热处理温度等制备条件对催化性能的影响.采用薄层电极结合循环伏安法和单体燃料电池I V特性评价了所制备的电催化剂对氧还原反应的催化活性.     

在新型光解反应体系中降解乙酰丙酸

介绍一种新型的光解反应体系，该体系用空气（氧）电极作负载型ＴｉＯ２光催化膜的对电极、空气（氧）电极是以空气中的氧作反应物，在电催化剂的作用下合成Ｈ２Ｏ２，为光化学氧化反应提供廉价的原料，将空气（氧）电极应用于光催化反应体系，使光化学氧化反应和光钠经氧反应同时发生于一同一体系。实验结果表明，在相同的光照上，乙酰丙酸在新型光解反应体系中的降解速度比在单一的光催化体系中光化学反应体系中明显增大，中对实     

纳米二氧化锰的制备及其形貌调控

采用水溶液化学沉积法制备纳米二氧化锰,用于空气电极的氧还原电催化剂,利用SEM、XRD、XPS等手段表征其晶态及组成,以考察反应温度、合成时间等反应条件对样品晶型和微观形貌的影响规律。结果表明:可通过控制反应条件调控纳米二氧化锰的晶型和微观形貌,获得的样品粒径范围为5~500 nm,其晶型和形貌分别为α-MnO2纳米线、δ-MnO2花球和γ-MnO2纳米粒子。通过实验现象,总结了纳米二氧化锰晶型与微观形貌的演变趋势,分析了晶型变化的机理。     

直接甲醇燃料电池用Co-N-C电催化剂的制备及性能

以三聚氰胺甲醛树脂和硝酸钴为前驱体,在Ar保护下采用高温碳化方法制备用于直接甲醇燃料电池(DMFC)阴极的含氮碳载钴(Co-N-C)氧还原电催化剂.利用热重与红外光谱联用、X射线衍射分析、元素分析等方法表征了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试考察了不同碳化温度对Co-N-C电催化剂氧还原催化活性的影响及电催化剂的耐醇性能,并采用该催化剂为阴极催化剂进行DMFC单电池测试.结果表明:Co-N-C电催化剂具有较高的电催化活性和较好的耐醇性能;其氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右;700℃碳化温度下制备的Co-N-C电催化剂具有最高的氧还原催化活性.     

热解聚苯胺合成氮掺杂MnCo2O4-C氧还原催化剂

通过热解聚苯胺涂层的Mn Co2O4颗粒制备出Mn Co2O4/N-C材料,即一种新型的碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEFC)阴极非贵金属催化剂。在不同温度下热处理得到了一系列的Mn Co2O4/N-C催化剂,对其进行XRD、Raman、XPS表征和LSV电化学测试,结果表明:热处理温度为900℃,Mn Co2O4质量分数为15%时,Mn Co2O4/N-C催化剂具有最佳的催化活性,氧还原反应起始电位为0.90 V;该催化剂中石墨型的碳和氮含量最高,这是其具有较高的氧还原催化活性一个重要因素。     

纳米MnO2溶氧电极催化剂制备研究

纳米材料具有特殊的物理化学性能,发展迅速。具有催化功能的纳米二氧化锰材料更是在电催化领域应用广泛。文中采用通过溶胶-乳状液-凝胶法制备了纳米MnO2,探讨了不同的表面活性剂、凝胶剂(三乙胺)的用量对纳米MnO2形貌、粒径和分散性能的影响。随后,研究了不同催化剂含量对空气电极阴极性能的影响进行了研究,探讨了催化层的最佳工艺条件。研究表明:采用溶胶-乳状液-凝胶体系,在油∶溶胶为4∶1,乳状液∶三乙胺体积比为8∶3的条件下制备的纳米二氧化锰,其粒度基本在200 nm以下;采用该二氧化锰制备的空气电极,电极催化层的最佳工艺条件为:催化层中催化剂、活性炭、60%PTFE乳液、助剂的比例为3.0∶2.0∶6.82∶0.05.配合使用80目导电镍网骨架用,合适的防水透气层,在7 mol/L的KOH电解液中,氧还原电流密度最大,可达197.4 mA/cm2,可以形成最大的生氧量68.3 mL/min,性能稳定的溶氧制氧电极。     

N,S双掺杂碳纳米材料的合成及ORR性能研究

以生物质荆芥杆为前驱体,在N2气氛的保护下经高温碳化制备出了一种新型的用于燃料电池阴极氧还原的N、S双掺杂的非金属电催化剂,并研究了不同热解温度和洗涤条件对其催化性能的影响.结果表明,800℃热解及40℃稀盐酸洗涤所得产物的催化性能最优:在0.1mol·L-1 KOH溶液中,一步四电子还原过程,具有优异的催化氧还原活性、抗一氧化碳中毒以及抗甲醇干扰能力.     

酮戊二酸接枝壳聚糖-纳米金粒子复合物固定漆酶基电极的催化氧还原性能

以α－酮戊二酸接枝壳聚糖和纳米金溶胶共混所得复合物为固定漆酶的载体,将固酶复合物滴涂在裸玻碳电极表面干燥后,得到固定漆酶基阴极。文章考察了此电极在不含底物的电解质溶液中的直接电化学行为,同时还考察了其在扩散型电子中介体存在时的异相电子迁移动力学,同时研究了此电极对氧气还原反应的催化性能（中介体存在时）。在此基础上进一步考察了此电极作为氧气电化学传感器的性能。研究结果表明：α－酮戊二酸接枝壳聚糖一纳米金溶胶复合物固定漆酶修饰电极在无电子中介体时不能实现漆酶活性中心与电极之间的直接电子迁移,也不具备催化氧还原的性能。在扩散型电子中介体存在时,该电极能在较高的电位（催化氧还原的起始电位：790mV）下实现氧气的电还原,而且对氧气浓度较为敏感。这种漆酶基电极的在生理pH值时仍具有一定的催化活力。这种电极对氧的传感性能良好：检测限低达0．5×10－6mol／L、灵敏度高达35．6×10-6AL／mmol和良好的对氧亲和力（KM=89．9×10mol／L）。     

H2S气体浓度及流率对复合质子传导膜燃料电池性能的影响

采用溶胶—凝胶法制备了纳米级Li2SO4+Li2WO4+Al2O3复合质子传导膜,研究了不同H2S气体浓度、流率和操作温度对结构为H2S、（复合MoS2阳极催化剂）/ 复合质子传导膜/（复合NiO阴极催化剂）、空气的燃料电池电化学性能影响。燃料电池的性能与通入阳极侧的H2S浓度和流率有关,H2S浓度和流率增加,提高了阳极侧气体扩散速率和电化学活性组分,使燃料电池的开路电压、输出电流与功率密度提高,电化学性能变好。即使气体中的H2S浓度低达5%时,该气体也可作为电池的燃料并用来发电。操作温度增加,质子传导膜的电传导率和电化学反应速率增加,电池的输出电流与功率密度提高。比较了MoS2与复合MoS2催化剂的性能,复合MoS2催化剂比MoS2催化剂具有更好的性能和化学稳定性。当采用纯H2S作为燃料,通入阳极和阴极侧的H2S和空气的流率分别为35mlmin-1和100mlmin-1,操作温度为650、700和750oC时,燃料电池产生的最大功率密度为12.4、52.9和130 mWcm-2、最大电流密度为45、281和350 mAcm-2。     

Ag/Al2O3催化二甲醚选择性还原NOx的试验研究

为了拓展二甲醚（DME）在低温条件下选择性催化还原NOx的效果,采用浸渍法制备了Ag/γ-Al₂O₃催化剂,试验研究了反应温度、Ag/γ-Al₂O₃质量分数、氧含量、NOx源、DME/NO摩尔比对NOx转化率的影响.结果表明,Ag/γ-Al₂O₃催化剂在低温条件下具有良好的脱氮性能,在200 °C时就显示较高的活性,随着温度的升高,NOx转化率先增大后减小;Ag/γ-Al₂O₃的催化活性随氧含量的增加先增大后减小,氧含量约为8%时催化效果最佳;最佳Ag质量分数约为3%;DME/NO最佳摩尔比为2;催化活性基本不受NOx源的影响.
     

Ce掺杂的NiCo2O4催化氧化甲苯性能研究

NiCo₂O₄是一种很前景的甲苯氧化催化剂。本文以Ce为杂原子,利用水热法制备Ce/NiCo₂O₄催化剂,以提高NiCo₂O₄尖晶石表面活性氧生成速率。采用氢气程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、比表面积测定(BET)、以及透射电子显微镜(TEM)等表征催化剂。通过改变铈掺杂量,得到最佳掺杂比例。甲苯降解实验表明,在甲苯浓度为2538ppm,空速为10000h^_-1,催化剂体积为0.5mL 时,一次水热法制备得到的15%Ce/NiCo₂O₄催化剂降解性能最优(T₉₉=267℃),在267℃下进行催化反应72h后催化剂性能无显著变化。机理研究发现,掺杂铈可提升催化剂中高价金属含量,同时催化剂良好的氧化还原性能可加快表面活性氧生成速率,从而催化性能得以提升。     

A class of non-precious metal composite catalysts for fuel cells

Fuel cells, as devices for direct conversion of the chemical energy of a fuel into electricity by electrochemical reactions, are among the key enabling technologies for the transition to a hydrogen-based economy. Of several different types of fuel cells under development today, polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) have been recognized as a potential future power source for zero-emission vehicles. However, to become commercially viable, PEFCs have to overcome the barrier of high catalyst cost caused by the exclusive use of platinum and platinum-based catalysts in the fuel-cell electrodes. Here we demonstrate a new class of low-cost (non-precious metal)/(heteroatomic polymer) nanocomposite catalysts for the PEFC cathode, capable of combining high oxygen-reduction activity with good performance durability. Without any optimization, the cobalt-polypyrrole composite catalyst enables power densities of about 0.15 W cm(-2) in H2-O2 fuel cells and displays no signs of performance degradation for more than 100 hours. The results of this study show that heteroatomic polymers can be used not only to stabilize the non-precious metal in the acidic environment of the PEFC cathode but also to generate active sites for oxygen reduction reaction.