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.     

多孔Fe-N-C催化剂的制备及其电催化氧还原反应的研究

非贵金属电催化剂有望成为新一代氧还原反应催化剂。文章报道了使用双氧水刻蚀氧化石墨烯,继而负载氯化血红素来合成多孔Fe-N-C催化剂,以实现有效的四电子氧还原反应。催化剂不仅含有许多Fe、N掺杂活性位点,而且其多孔结构极大地减小了电阻,并有利于物质的传输。测试了在0.1 mol·L~(-1) KOH溶液中对氧还原反应的催化活性,其起始电位、半波电位和极限电流密度分别达到0.92 V,0.81 V,和5.71 mA·cm~(-2),接近甚至优于商业Pt/C(0.98 V,0.85 V和5.34 mA·cm~(-2))。而且在测试15 000 s后,Fe-N-HGO电流密度仅下降了8%,同样条件下Pt/C的电流密度却下降了约30%。说明Fe-N-HGO的稳定性更优越。     

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。     

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Nj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／cm^2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。     

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。     

磷掺杂和Ni-OH共改性不锈钢的 析氢及全分解水性能研究

高活性、低成本的高效双功能水分解电催化剂对实现可持续氢能源的有效转化和储存具有重要的意义.将不锈钢网进行盐酸腐蚀、浸泡、磷化得到一种一体化自支撑的双功能电催化剂.该催化剂在碱性介质中不论对析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)还是析氧反应(Oxyogen Evolution Reaction,OER)均表现出优异的电催化性能,Tafel斜率分别为87.41m V·dec~(-1)和90.1 m V·dec~(-1),析氢反应和析氧反应的电流密度为10 m A·cm~(-2)时过电位分别为165 m V和240 m V.该催化剂可用作全分解水的双功能电极材料,在1.66 V的电压下实现10m A·cm~(-2)的电流密度.     

源于核-壳结构普鲁士蓝/聚吡咯的铁氮共掺杂碳材料及其高效的氧还原性能

燃料电池阴极氧还原反应十分缓慢,通常需要贵金属催化剂加快反应速率。目前,燃料电池阴极氧还原催化剂主要为铂及其合金纳米颗粒,但由于其成本高,自然资源有限,稳定性差,难以大规模应用。基于过渡金属与氮共掺杂的碳材料可作为氧还原反应有效且廉价的候选催化剂,受到了广泛的关注。本文研究以普鲁士蓝纳米颗粒为模板,在其表面原位聚合吡咯,得到核-壳结构的普鲁士蓝/聚吡咯纳米颗粒,再以该纳米颗粒为前驱体,经过高温裂解制备铁氮共掺杂碳纳米颗粒(Fe-N-CNPs-X,X代表高温裂解温度)。Fe-N-CNPs-X催化剂粒径约为80 nm,Fe-N-CNPs-900催化剂在碱性电解质溶液中显示出优异的氧还原催化活性:-0.17 V电位下即可产生明显的氧还原电流,接近Pt/C催化剂的峰电位(-0.15 V);起始还原电位和半波还原电位(E_(1/2))分别为-0.03 V和-0.11 V,极限电流密度为4.90 mA/cm~2,与Pt/C的起始还原电位(-0.02 V)和半波还原电位(-0.10 V)以及极限电流密度(4.86 mA/cm~2)相当;与商业Pt/C催化剂相比,Fe-N-CNPs-X催化剂具有更优的稳定性和甲醇耐受性。上述研究结果为铁氮共掺杂碳材料的实际应用奠定了基础。     

四氧化三钴@发蓝铁丝自支撑电催化剂用于析氧反应

本文中,我们设计合成了原位负载于发蓝铁丝上的四氧化三钴(Co_3O_4)自支撑电催化剂,获得了较高的析氧反应活性.在该复合催化剂中,尖晶石结构的Co_3O_4与发蓝层的主要成分四氧化三铁(Fe_3O_4)具有高度的结构相似性与晶格匹配度,有效地保证了表面活性层的紧密生长,降低了催化过程中的电荷转移电阻并促进了电荷的快速传导,获得了高效的析氧反应活性与稳定性.受益于上述结构优势,该电催化剂显示出低至250mV的析氧反应起始过电位和较高的催化电流密度.在外加电压为1.65Vvs.RHE时,析氧反应电流密度高达124mA cm~(-2).此外,该催化剂也显示出优越的电化学稳定性,使其有望应用于大规模水裂解制氢电解槽.     

多酸基纳米复合材料的制备及性能研究进展

杂多酸基纳米复合材料在光电催化、生物传感器件等方面有较好的应用前景,其合成方法简单、环保,催化性能良好。利用杂多酸同时作为包覆剂、还原剂和链接剂制备银纳米粒子@多酸-碳纳米管三元纳米复合材料,该材料可以提高修饰电极的抗甲醇干扰性,且具有很高的电催化氧气还原反应(ORR)活性。利用原位还原方法同时还原金属离子与氧化石墨,制备出包括金、铂、钯纳米粒子等贵金属纳米粒子@多酸-石墨烯以及银纳米网@多酸-石墨烯三元纳米复合材料,可作为良好的生物传感材料和燃料电池电极材料。利用高温NH3处理制备银纳米粒子@多酸-氮掺杂石墨炔三元纳米复合材料,可实现无金属高活性ORR电催化。     

高电流密度放电氧电极最佳工艺参数的选择

本文对在高电流密度下工作的氧电极相应工艺参数利用正交试验法[1]逐项考核,得到一组最佳工艺参数。由此制得的氧电极在大电流密度下的工作性能良好。工作电流密度为1000mA/cm~2时,催化剂载量为12mg/cm~2,银网为集流器,其电极电位为-0.105(V)(相对 Hg/HgO 参考电极)。耐压性不小于9000Pa。极限电流密度不低于4 A/cm~2。目前该电极面积可做到1000cm~2以上并已成批生产数千片。此氧电极在历次万瓦级锌氧电池放电试验中均经受住了考验。     

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.     

基于电沉积石墨烯/普鲁士蓝/壳聚糖复合薄膜的葡萄糖生物传感器（英文）

在玻碳电极表面通过三步电沉积法制备了石墨烯/普鲁士蓝/壳聚糖复合薄膜葡萄糖生物传感器.通过循环伏安法将氧化石墨烯电化学还原,在电极表面直接得到石墨烯纳米层,在石墨烯纳米层上成功电沉积得到普鲁士蓝纳米粒子和葡萄糖氧化酶-壳聚糖复合薄膜,制备的修饰电极通过电化学方法以及扫描电镜分析了其性能与结构.在最优条件下,该生物传感器表现出了灵敏度高(50.29 mA·L·mol~(-1)·cm~(-2))、检测限低(12μmol·L~(-1))、响应时间短(3 s)等特点.电极响应电流与葡萄糖溶液浓度在0.02～10 mmol·L~(-1)范围内具有较好的线性关系.此外,在对人体血清样本的检测中,该传感器同样表现出优异的性能,对血清中常见物质具有较强的抗干扰能力.     

掺钴系添加剂储氢合金的电化学特性

电池组装成组使用时,耐过放能力成为制约电池组性能的重要因素.通过在储氢合金中掺适量的钴系添加剂,可显著提高电池的耐过放能力、合金粉的循环寿命及电极容量.在电极中加入Co、CoO、Co(OH)2后的放电过程中发生了Co原子被氧化成Co(OH)2的反应,使合金粉容量放完后,负极的电位可以维持在-772mV(vsHg/HgO).Co和Co(OH)2的加入,在放电过程中生成Co氧化物包覆于合金表面,增加了电极表面的双电层电容,提高了合金的电催化活性和放电容量.CoO不能增大合金容量,但是可以提高电极的过放电能力及循环寿命.使用钴系添加剂后,储氢合金的0.2C放电容量可从54.9mA·h提高到61.5mA·h.     

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.     

银/二氧化锰复合催化剂的制备 及其对氧还原的电化学活性

通过化学还原法,在多壁碳纳米管(MWCNT)负载的二氧化锰纳米颗粒表面上进一步沉积银纳米颗粒,制备银/二氧化锰电极材料(Ag/MnO_2/MWCNT).利用循环伏安(CV)和线性扫描技术(LSV),测试了这些催化剂对碱性溶液中氧还原反应(ORR)的电化学活性.结果表明,MnO_2为5%(wt%)与10%的催化剂对ORR均表现出强的电活性,它们的ORR起始电位约为0.02 V(vs. Hg/Hg O).在Ag/5%MnO_2/MWCNT电极上,ORR的极限扩散电流密度是2.86×10~(-3)A/cm~2(1 200 r/min),高于Ag/MWCNT.Levich方程分析表明,在Ag/5%MnO_2/MWCNT催化剂上,ORR电子转移数明显大于Ag/MWCNT,说明在Ag/5%MnO_2/MWCNT上氧气能更彻底地还原.结果表明,适量MnO_2的加入能明显改善Ag/MWCNT对ORR的电活性.     

海水电池用粘结法制二氯化铅正极的研究

海水电池用 PbCl_2正极有多种制造方法。本实验采用粘结法,用聚四氟乙烯为粘结剂,其含量仅占正极粉重量的6%左右。本文对粘结法制 PbCl_2正极的工艺条件、正极粉配方和电化学性能进行了实验研究。确定了 PbCl_2正极的最佳工艺条件和配方。由此制成的 PbCl_2正极和 Mg 合金负极组成单电池,在4mA/cm~2的电流密度下放电,终止电压为0.9V 时,PbCl_2正极活性物质利用率达88%以上(正极载量0.3g/cm~2以下,电极有效面积5×5cm~2)制成的电极具有良好的强度,而且此种正极片保存性良好,在室温下保存约八个月,其性能不变。     

粉末微电极方法研究DMcT/PAn的电化学性能

用粉末微电极方法研究DMcT,PAn及DMcT/PAn的电化学性能.在有PAn存在时,DMcT的氧化还原峰电位差由1.90V降至0.07V,表明DMcT的电化学氧化还原反应速度加快.DMcT/PAn的电化学阻抗(123Ω)比DMcT的电化学阻抗(948Ω)小得多,说明PAn对DMcT的电化学氧化还原反应具有电催化作用.同时,DMcT使PAn在较高的电压时(大于4.0V,vsLi/Li+)能保持电化学活性,而且经过100次循环后,循环伏安(CV)曲线几乎没有变化,表明DMcT/PAn具有优良的循环稳定性和可逆性.比较粉末微电极的CV曲线和常规尺寸电极的CV曲线,粉末微电极能真实地反映PAn和DMcT复合时的氧化还原反应特性.     

Co-N-C氧还原反应电催化剂的制备及性能研究

锌空气电池可作为一种无污染、长效、稳定可靠的电源,但其阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)缓慢的动力学过程严重阻碍了大规模应用。本文通过表面活化策略在炭黑上构筑不饱和位点用于锚定Co,再以不同质量比的尿素作为氮源,制备了不同氮掺杂量的催化剂,并测试了一系列催化剂的ORR活性,及其在不同电解液中活性的差异。将催化剂用于组装锌空气电池,开路电压达1.441 V,并表现出良好的放电性能,峰值功率密度可达123.5 mW·cm^-2。     

锂硫电池正极用硫碳复合材料的制备和电化学研究

采用优化合成的高比表面积和多微孔结构的活性炭,通过加热的方法使单质硫升华并沉积到活性炭微孔中,得到锂硫电池正极用硫碳复合材料.通过X射线衍射、扫描电子显微镜和比表面积表征复合材料的结构、表面形貌和比表面特性.循环伏安测试表明,复合材料在2.05V和2.35V时存在两个还原峰,在2.4V时存在一个氧化峰.充放电循环实验表明,单质硫在100mA·g-1的电流密度下首次放电比容量高达1352.5mA·h·g-1,硫的利用率达到了80.9%,循环40周后比容量还保持在800.7mA·h·g-1,表现出良好的循环稳定性.     

用电化学测试方法解析阴离子在水溶盐电解液中的传输行为

测试分析锌离子电池中阴离子的氧化还原反应, 以MnO₂为研究对象, 用循环伏安法、 恒流充放电法及非原位X射线光电子能谱测试分析MnO₂中的氧在水溶盐电解液中的氧化还原反应. 结果表明, 在低浓度电解液中, 氧未发生氧化还原反应, 在质量摩尔浓度为30 mol/kg的ZnC_l2电解液中, 氧在高电位处发生氧化还原反应.