金属基氧电极材料催化机理研究进展

燃料电池作为一种高效、无污染的能源转换器件,受到广泛关注.其阴极氧还原反应是决定电池性能最重要、最关键的因素之一,也是制约其商业化的关键瓶颈因素之一.因此,研究和开发高效氧还原催化剂及其催化机理,对于燃料电池的发展和商业化进程具有十分重要的意义.在简要介绍燃料电池的基础上,综述了近年来金属基氧还原电极材料催化氧还原反应的机理,金属基氧还原电极材料包括Pt催化剂、Pt-M催化剂、杂原子掺杂碳载金属类催化剂等,总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本和催化剂制备工艺等方面所取得的研究结果,并指出了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向.     

碱性介质中空气电极性能改进的研究

考察了在空气电极的催化层中添加稀土氧化物La2O3对催化剂存在形态、空气电极性能的影响;并在碱性介质中以锌为负极组成碱性一次锌-空电池,考察了电池的放电性能.实验结果表明,La2O3作为空气层的添加剂可以提高催化剂对氧气还原的催化活性.在碱性介质中,La2O3是对空气电极具有较理想的助催化效果的添加剂.     

锂-空气电池研究进展

 锂-空气电池是通过金属锂与空气中的O₂反应产生电能,它的理论比容量高达3828mAh/g,在电动汽车等领域展现出重要的应用前景。本文综述了近年来锂-空气电池领域的最新研究进展,对有机体系、有机-水混合体系与固态体系三类锂-空气电池的结构与原理进行了分析。总结了有机体系的多孔碳空气电极、催化剂、电解液等方面的研究工作。多孔碳的孔容是决定空气电极比容量最重要的结构参数,具有高孔容的多孔碳可以为放电过程中生成的氧化锂提供更多的储存空间,从而表现出高的比容量,多孔碳的比表面积与平均孔径对比容量也有重要的影响;合适的电催化剂可以有效的降低氧还原反应与析氧反应的过电压,从而提高能量效率;具有高极性、低黏度、低吸湿性、高溶解氧的电解液有利于改善电池的相关性能。总结了有机-水混合体系的隔膜、电解液等方面的研究工作。对有机相与水相电解液均具有良好抗化学腐蚀性的超级锂离子导通玻璃膜是目前有机-水混合体系研究的关键。总结了固态体系最新的研究进展。此外,展望了锂-空气电池领域今后的发展方向。     

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.     

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）。     

锂-氧气电池锰氧化物电催化剂研究

制备了一系列锰系氧化物的纳米棒,作为锂空气电池中的催化剂,对其放电容量和循环性能进行了测试．结果表明高比表面的催化剂有利于Li2O2的分解,使电池的循环性能大大的提高．以刺球型γ-MnO2为催化剂的锂空气电池具有最高的可逆比容量,循环5圈后仍有2350mAh·g^-1,相对整个电极的比容量为1175mAh·g^-1,是常规锂电池的10倍．根据不同MnO2催化剂所表现出的不同催化性能,提出了可能的催化剂失效机理．     

可充电锂氧气电池正极材料的研究进展——贵金属催化剂

锂氧气电池具有较高的理论能量密度，有望成为未来一种很有前途的新型电池系统.贵金属催化剂不仅具有较高的催化活性，而且具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良性能，是一种重要的催化剂材料.本文综述了贵金属基锂氧气电池正极材料的制备方法及其对电池性能的影响，包括钌、铑、钯、银、铱、铂、金以及复合贵金属催化剂.     

氮化硼复合石墨毡及其氧还原电极的电化学性能研究

为了提升石墨毡作为氧还原电极的电化学性能,将五硼酸铵热解生成氮化硼原位复合至石墨毡碳纤维上,具体探究了不同比例氮化硼/石墨毡复合材料用作锂—空气电池的氧还原电极时的电化学性能,其中10%比例下氮化硼/石墨毡的电化学性能最佳,主要表现在首次深度放电容量较原始石墨毡提升了20%,首次放电充电的氧还原反应和氧析出反应极化降低了约0.3 V.该方案操作简便,成本低廉且绿色无污染,对锂空电池性能的提升有较好效果.     

过渡金属间隙化合物的合成及电催化性能研究进展

过渡金属间隙化合物(transition metal interstitial compounds, TMICs)具有独特的电子结构、高导电性、优异的化学稳定性，可作为可再生能源转化反应中Pt基催化剂的替代电催化剂.从这个角度出发，综述了TMICs在合成和电催化性能方面的研究进展，主要归纳了TMICs在析氢反应、析氧反应、氧还原反应、直接液体燃料电池阳极反应等方面的催化性能.此外，简述了TMICs电催化剂实际应用于能量转换设备中的潜力，这对开发高效稳定的电化学能量转换设备具有指导意义.     

锂氧气电池阴极催化剂网状多孔CoO的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备网状多孔CoO催化剂,并采用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积分析(BET)和电化学测试等手段对样品进行了表征。结果表明:CoO催化剂对氧的氧化-还原反应具有良好的双向催化效果,降低了电化学极化,展现出平坦的充放电平台(3.6 V),提高锂氧气电池的比容量至7 450 mA·h/g,并且改善了循环稳定性。     

La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极制备工艺对氧还原和氧析出催化性能的影响

为优化具有A位镧缺失的铁酸镧(La_(0.95)FeO_(3-δ))钙钛矿的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)双功能电催化性能,研究La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极中碳的形态、电极浆料制备方法和催化剂载量对双功能电催化性能的影响,并分析其影响机理.结果表明:当La_(0.95)FeO_(3-δ)与导电碳形成复合电极时,ORR和OER催化活性显著提高;La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极的电催化性能与碳的形态以及电极浆料制备方法密切相关,在超声分散-球磨-超声分散的最佳浆料制备方法下,当以EC600JD为导电碳,La_(0.95)FeO_(3-δ)与EC600JD的载量分别为0.6 mg/cm~2与0.12 mg/cm~2时,ORR和OER催化活性最佳.经过工艺优化的La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极具有优异的双功能电催化性能,且其制备简单、成本低,有望在锂氧电池等器件中得到应用.     

TEMPO与草酰胺单核Co(Ⅱ)配合物协同催化氧化醇

合成草酰胺单核Co(Ⅱ)配合物,通过红外光谱、核磁共振氢谱、元素分析等手段对其表征。研究以分子氧为氧源时,其与有机小分子催化剂2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧自由基(TEMPO)协同催化氧化苯甲醇的性能,考察溶剂、温度、时间、氧气压力等因素对反应的影响。结果表明:反应温度为100℃,氧气压力为0.5 MPa,反应12 h时,苯甲醇的转化率达到92.2%,苯甲醛选择性为95.4%。该催化体系实现在温和的条件下,催化氧化多种醇的需氧氧化反应,表现出优异的催化性能。     

以Li_(1-x)Na_x为负极的锂空气电池

文章以简单的研磨法制备钠掺杂Li_(1-x)Na_x样品,并将其用于锂-空气电池负极来测试其性能。结果表明:该类型电池在其结构和催化剂上没有进行优化的情况下,具有较高的首次充放电容量和较低的过电压(0.8V),表现出了较好的电化学性能;在截止容量为500mA·h/g时,可以稳定循环230次。该新型锂-空气电池具有较好的反应动力学行为。此外,该文还分析了其性能得到提高的原因。     

聚四氨基酞菁钴对氧还原的电催化性质

研究了聚四氨基酞菁钴修饰电极(p-CoTAPc／GC)催化氧还原反应的性质，用电聚合法在玻碳电极上制备p-p-CoTAPc／GC，并用循环伏安法研究其对氧还原催化的性质，结果表明：氧气的浓度及扫速对催化存在影响，随着氧气浓度的增加催化反应速度加快。     

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．     

脒基锂化合物催化Tishchenko反应

研究了一系列二芳基甲脒锂化合物用于Tishchenko反应的催化性能.考察了配体对催化反应活性的影响以及对反应底物的适应性.结果表明,反应底物醛带有吸电子基团,催化剂配体位阻大有利于提高反应活性.在无溶剂条件下,催化剂用量1％(催化剂与底物的摩尔比),80℃反应4h,N,N'二(2,6-二异丙基苯基)甲脒锂作为催化剂,产率98％.     

碳纳米管掺杂及其应用技术研究进展

作为一维纳米材料,碳纳米管(CNT)在电极材料、催化、吸附等诸多领域得到了广泛应用。为了改善CNT的电学、电化学、电催化等性能,可通过掺杂其他元素或化合物对其进行改性。本文综述了近年来CNT掺杂技术及其在燃料电池、锂离子电池、电容器和传感器中的研究进展。掺杂后的CNT常被用作燃料电池电极的催化剂或催化载体,增强了电极的电导率和稳定性;掺杂CNT结合锂盐制备的锂离子电池电极材料,可提高电极和电解质的导电性,最终改善锂离子电池的电化学性能;作为电容器的电极材料,掺杂CNT可提高离子和电子的传输效率,从而提高电容器的能量密度和功率密度;由掺杂CNT制备的复合薄膜作为传感材料,可使其表面活性位点增多,从而增强传感器对目标分析物的响应速度,改善传感器的灵敏度。     

载氧型氧化还原催化剂的研究与应用

对正丁烷氧化制顺酐催化反应的机理与动力学模型、循环流化床反应工艺及载氧型催化剂的制备、成型、结构与性能表征方法进行了比较系统的论述。从已有研究成果来看,烃类的选择性催化氧化工艺已有较大的改进,循环流化床反应器得到广泛应用,人们对催化剂的晶格氧在烃类选择氧化反应中的作用有了较深入的认识,但对载氧型催化剂的制备和催化性能尚缺乏较系统的研究。研究与开发高效载氧型催化剂是实现正丁烷选择氧化循环流化床工艺的关键     

载氧型氧化还原催化剂的研究与应用

对正丁烷氧化制顺酐催化反应的机理与动力学模型、循环流化床反应工艺及载氧型催化剂的制备、成型、结构与性能表征方法进行了比较系统的论述。从已有研究成果来看，烃类的选择性催化氧化工艺已有较大的改进，循环流化床反应器得到广泛应用，人们对催化剂的晶格氧在烃类选择氧化反应中的作用有了较深入的认识，但对载氧型催化剂的制备和催化性能尚缺乏较系统的研究。研究与开发高效载氧型催化剂是实现正丁烷选择氧化循环流化床工艺的     

9,9-双(甲氧甲基)芴制备及性能研究

研究9,9-双(甲氧甲基)芴的制备反应及其性能.9,9-双(甲氧甲基)芴的合成分两步:首先,芴与多聚甲醛反应合成9,9-双(羟甲基)芴;接着采用三相相转移催化法由9,9-双(羟甲基)芴制备9,9-双(甲氧甲基)芴.用9,9-双(甲氧甲基)芴做给电子体制备Ziegler-Natta催化剂催化丙烯聚合,催化剂的活性为每g催化剂催化130 kg丙烯,聚合物等规度为97%.提出一条清洁生产的工业合成工艺,并建立了生产装置,生产出了合格的9,9-双(甲氧甲基)芴.