Pt@CF复合催化剂对甲醇的电催化氧化

在碳纤维(Carbon Fiber,CF)表面,采用电沉积方法沉积纳米Pt,形成Pt@CF复合催化剂,用于甲醇的直接电催化氧化。利用金相显微镜对沉积Pt前后的Pt@CF复合催化剂形貌进行了表征。最后,系统地应用电化学方法分析了催化剂的稳定性、甲醇浓度、电位扫描速度和电位扫描范围对催化剂电催化氧化甲醇性能的影响。     

Pd基氧还原反应纳米合金电催化剂研究进展

在电催化过程中,反应物、中间态和最终产物分子与电催化剂表面的相互作用至关重要,因此对电催化剂表面的活性位点进行调控与修饰是电催化研究中极其重要的一部分,直接决定了电催化过程的效率和成本.首先,简单介绍了电催化的相关基础知识,以燃料电池阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction, ORR)为例,介绍了反应过程机理和高效电催化剂的设计原则.然后,综述了电催化剂活性位点调控的最新进展及面临的挑战,主要包括Pd基纳米合金催化剂的结构和组成;介绍了如何利用各种物理效应(例如晶格应变和电子耦合效应)提升催化活性和稳定性.最后,围绕Pd基纳米合金催化剂性能的进一步提升以及贵金属电催化剂成本控制这两个问题,对其未来的合成策略和发展进行了展望.     

离子液体体系中石墨烯负载铜纳米粒子高效电催化氧还原反应

通过一步还原法制备了还原氧化石墨烯纳米片负载的铜纳米粒子复合材料(CuNPs-rGO-20%,CuNPs-rGO-80%,CuNPs-rGO-120%),并利用循环伏安法分别在0.1 mol/L KOH水溶液和离子液体(Ionic Liquid,IL)1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim] BF_4)电解液中进行电化学测试来研究其对氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)的电催化效果.采用透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对所制备的纳米粒子催化剂进行表征.TEM和XRD结果表明,所制备的CuNPs-rGO-80%纳米粒子表面主要为Cu(111)晶面,平均粒径约为10 nm.电化学测试结果表明,与商业化Pt/C(质量浓度20%)催化剂相比,CuNPs-rGO-80%纳米催化剂在IL中具有优异的ORR电催化活性,ORR的起始电位更正,ORR峰电位正移150 mV,还原电流密度更大.     

碳载纳米Pt及纳米Pt-WO_3电催化剂的制备与表征

通过电化学方法 ,在碳载体表面沉积了纳米Pt及纳米Pt WO3 表面电催化剂。运用循环伏安和扫描电子显微镜技术对催化剂电极进行了表征。结果表明 :电沉积的碳载Pt电催化材料是粒度均匀的纳米颗粒。碳载Pt WO3 电催化材料是由纳米颗粒组成的柱状结构 ,直径均匀 ,定向平行排列 ,具有很大的比表面积     

CoPtPb纳米合金的一锅法合成及其电化学性能研究

采取乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铂和乙酰丙酮铅作为反应物,通过一锅法在340℃下制备得到CoPtPb三元纳米合金.采用SEM、XRD对CoPtPb材料的表面形貌、晶体结构和成分进行分析,研究不同组分的CoPtPb材料的电化学氧还原性能和产氢性能.研究发现,CoPtPb达到与商业Pt/C相近的ORR(氧化还原反应)活性,循环1 000圈后,仍然表现出较好的ORR速率,几乎没有衰减.在HER(析氢反应)活性上则优于传统商业Pt/C.结果表明,一锅法制得的CoPtPb三元纳米金属颗粒具有较好的稳定性和催化活性,对减少电催化剂中贵金属的消耗具有参考价值.     

活性炭负载Ptm^Au催化剂的制备与甲醇电催化氧化反应活性

采用溶胶负载法制备了Ptm^Au/C催化剂（m代表Pt/Au原子比）,通过X射线衍射、紫外-可见吸收光谱及透射电镜对催化剂进行了表征.利用循环伏安法测定了催化剂对甲醇电催化氧化反应的活性.考查了Pt/Au原子比和活性炭载体的预处理方式对甲醇电催化氧化反应活性的影响.结果表明,Pt0.05^Au/C对甲醇氧化的催化性能明显强于Pt/C催化剂;Pt/Au原子比越小,其催化活性相对越高;与未处理的活性炭相比,经过HNO3和HCl处理的活性炭负载Pt0.05^Au后,其电催化活性有所降低.     

碳载纳米Pt及纳米Pt—WO3电催化剂的制备与表征

通过电化学方法，在碳载体表面沉积了纳米Pt及纳米Pt—WO3表面电催化剂。运用循环伏安和扫描电子显微镜技术对催化剂电极进行了表征。结果表明：电沉积的碳载Pt电催化材料是粒度均匀的纳米颗粒。碳载Pt—WO3电催化材料是由纳米颗粒组成的柱状结构，直径均匀，定向平行排列，具有很大的比表面积。     

Pt/C电催化剂碳载体热处理条件和性能研究

采用浸渍还原法,优化碳载体热处理条件,制备出具有高分散性、平均粒径为3.3nm的Pt/C电催化剂.通过TEM、XRD方法对催化剂进行结构表征;利用Pt/C薄膜电极结合CV法评价了电催化剂的性能.测试结果表明,采用VulcanXC 72碳黑,在600℃下、氮气(或氩气)中进行热处理,所制得的Pt/C电催化剂对氧还原反应具有良好的电催化活性.     

乙醇在Pt/PMo12-CNTs/石墨电极上的电催化氧化

采用碳纳米管(CNTs)、磷钼酸(PMo12)修饰石墨电极,然后通过循环伏安法(CV)电沉积Pt,获得Pt/PMo12-CNTs/石墨电极.利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)分别对改性CNTs结构及电极的形貌进行表征,通过CV、计时电流法考察了该电极对乙醇的电催化氧化性能.结果表明在催化剂Pt沉积量相当情况下,Pt/PMo12-CNTs/石墨电极较Pt/石墨电极具有更好的电催化活性和稳定性,表明PMo12改性CNTs是乙醇氧化电催化剂的良好载体.     

碳载Pt-Au催化剂对氧的电催化还原反应

通过金属簇合物途径制备了碳载Pt-Au双金属纳米电催化剂.X-射线衍射和透射电镜结果表明合成的双金属纳米催化剂具有平均粒径小、粒径分布窄、相对结晶度低等特点.合成的Pt-Au/C催化剂经600℃热处理后粒径变化不大,表明合成的双金属催化剂具有较好的热稳定性.与商业化E-TEK Pt/C催化剂相比,该催化剂对氧气还原反应呈现了较高的电催化活性.     

Surface modifications of Pt-based atomically ordered nanoparticles to improve catalytic performances for oxygen reduction reaction

Bimetallic platinum-cobalt (Pt–Co) nanostructure catalysts represent superior catalytic performances for oxygen reduction reaction (ORR). In a variety of Pt–Co catalyst structures, atomically ordered structure catalysts show excellent catalytic performances in the ORR. In this work, for promoting their catalytic performances, atomically ordered PtCo nanoparticles (PtCo/C) with carbon supported were successfully prepared by an improved impregnation method and annealing. Then, the ordered PtCo/C catalysts have been significantly improved by doped with ultralow amount of Au and Cr transition metal. The physical and electrochemical test results demonstrate the Cr–PtCo/C and Au–PtCo/C catalysts have superior catalytic performances including mass activity and stability compared to commercialized Johnson Matthey (JM) Pt/C, which was the result of the modified electronic properties of Pt surface and atomically ordered structure. The presence of Au and Cr enhances the stability of PtCo/C catalysts. This work represents a simple way to promote the catalytic performances of the atomically ordered catalysts.     

Platinum-supported mesoporous carbon (Pt/CMK-3) as anodic catalyst for direct methanol fuel cell applications: The effect of preparation and deposition methods

Platinum-supported ordered mesoporous carbon catalysts were prepared employing colloidal platinum reduced by four different reducing agents, viz., paraformaldehyde, sodium borohydride, ethylene glycol and hydrogen, and deposited over ordered mesoporous carbon (CMK-3) synthesized by silica hard template (SBA-15). The resulting platinum nanoparticles supported mesoporous carbon, designated as Pt/CMK-3, catalysts were tested for the electocatalytic oxidation of methanol. The effect of the various reduction methods on the influence of particle size vis- a-vis on the electrocatalytic effect is investigated. All the catalysts were systematically characterized by XRD, BET and TEM. The results of the synthetic methods, characterization techniques and the electrocatalytic performance indicate that the Pt/CMK-3 catalysts are superior to that prepared with activated carbon (Pt/AC) as well as with that of the commercial platinumsupported carbon catalyst (Pt/E-TEK). In particular, the catalyst, Pt/CMK-3, prepared using paraformaldehyde reduced platinum showed much higher activity and long-term stability as compared to the other reducing methods.     

量子化学从头计算法计算石墨微晶中碳原子的净电荷

采用从头计算法在RHF/STO-3G水平上对石墨微晶中不同位置碳原子的净电荷进行量化计算;研究碳原子的净电荷与炭材料的微观结构变化规律;根据石墨的结构与成键特征,将石墨表面的碳原子分为边缘碳原子与基平面碳原子.研究结果表明：在单碳层及含多层碳的石墨微晶中,不同位置碳原子的净电荷数差别较大;基平面碳原子的电子云密度较小,均带部分正电荷;部分边缘碳原子的电子云密度较大,净电荷为负.随着平行于碳层的微晶尺寸La及垂直于碳层的微晶尺寸Lc的增大,边缘碳原子中电子云密度最大的碳原子所带的负电荷增加.     

纳米碳纤维/蜂窝状堇青石催化剂载体的结构控制

以Ni为催化剂、乙烯作碳源,制备了纳米碳纤维/蜂窝状堇青石催化剂载体,并考察了制备工艺对所制纳米碳纤维(CNFs)产率及形貌的影响。结果表明:当生长温度从450℃升至650℃时,CNFs的产率先增加后降低;当生长时间由5min延长至30min时,CNFs的产率从4.9%提高到12.5%,随着生长时间的进一步延长,增长趋于平缓;较高的C2H4/H2流量比有利于提高CNFs的产率;在500℃、30min、VC2H4∶VH2=160∶40的最佳工艺条件下,CNFs的产率及所制载体的压缩强度分别达12.5%和34.46MPa。     

氮掺杂还原氧化石墨包覆金属钴复合材料的制备及其氧还原性能的研究

采用搅拌反应法制备了ZnCo（ZIF）与氧化石墨（graphite oxide,GO）的复合材料,热处理得到Co@N-doped rGO催化剂。通过X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）和扫描电子显微镜（scanning electron microscopy,SEM）对催化剂进行结构表征,通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）对催化剂进行表面元素分析,分别考察了金属（Zn和Co）加入量和热处理温度对催化剂氧气还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）催化性能的影响,结果表明：所制备的催化剂整体呈层状分布,表面附着金属小颗粒团簇;随着金属加入量的增加,催化剂的ORR催化性能先增强后减弱;随着热处理温度的升高,催化剂的ORR催化性能先增强后减弱。所制备的S-2-850催化剂具有最好的ORR催化性能,在0.1 mol/L KOH电解液中,其起始电位和半波电位分别为0.871 V和0.804 V,在相同测试条件下活性稳定性优于20% Pt/C。     

煤基活性炭制备及其电催化应用研究进展

煤炭是世界上储量最为丰富的化石燃料之一,是制造多孔碳、纳米碳、碳质复合材料和石墨烯的主要原料。燃料电池是一种通过化学反应将化学燃料直接转化为电能的装置,它不受卡诺循环限制,具有高效率、高功率密度和环境友好等特点,有着巨大的应用前景。但其阴极氧还原反应(cathodic oxygen reduction reaction, ORR)动力学非常缓慢,需要在催化剂的作用下加速其反应。现有的催化剂主要是贵金属Pt,但Pt资源储量少、成本高、稳定性差,限制了燃料电池的商业化应用。近年来的研究表明,碳基材料是最有希望替代Pt的催化剂材料。基于此,对近年来煤基多孔碳的制备方法进行了综述,并在此基础上阐述了以煤基活性炭为基体的燃料电池用氧还原电催化剂的研究进展。     

提升Pd基电催化剂氧还原活性的策略

氧还原反应(ORR)是许多电化学相关技术的核心反应,许多研究致力于制备同时具备高活性、高稳定性和低成本的催化剂。Pd基纳米材料由于其相对较优的催化性能和相对丰富的储量,有望成为Pt的替代品,受到了广泛关注,但要达到商品化程度,其性能需进一步提高。本文以Pd基催化剂应用于ORR电催化为背景,综述了近年来Pd基催化剂ORR的性能提升策略。围绕载体调控、形貌结构调控以及组分调控共3个部分进行总结,这些调控会利用配体效应、应变效应、系综效应(ensemble effect)和载体效应等从本质上改变Pd的分布状态、空间排列和电子结构,从而影响ORR中间产物在Pd表面的吸附状态。最后,简要介绍了Pd基催化剂面临的挑战和未来的发展方向,对高性能ORR催化剂的设计制备具有重要意义。     

锂离子电池碳负极中边缘碳及表面碳原子含量的理论计算

通过理论分析与计算得到边缘碳及表面碳原子含量的表达式。分析了石墨微晶结构与成键特征,研究了石墨微晶中边缘碳原子与基平面碳原子的电化学特性。结果表明:边缘碳原子比基平面碳原子更易于与其他原子或基团形成较为稳固的联接,电化学反应活性较高;在首次充电过程中,边缘碳原子附近电解质的分解与SEI膜成膜反应速度较快,有利于形成联接较为紧密的SEI膜;建立了紧密堆砌的正六棱柱颗粒模型,推导出理想石墨中边缘碳原子及表面碳原子含量与微晶参数、颗粒尺寸之间的关系式。通过引入适当因子,修正了实际石墨颗粒与理想石墨在结构、形貌、孔隙率等方面的差别,得到的表达式可适用于石墨、无定形碳及改性碳等多种碳材料碳原子含量的计算。     

通过合金和去合金过程制备一种海绵状的纳米多孔铂以及对氧的电催化还原

采用一种简易的方法制备了海绵状的球形纳米多孔铂,首先是用循环伏安法在玻碳电极上电沉积得到铂铜合金,然后在浓硝酸中刻蚀合金去掉铜．用到场发射扫描电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和循环伏安法对其进行了表征．也对制备此种铂催化剂的条件进行了优化．此种铂修饰电极对氧的还原表现出很高的电催化活性,其氧的还原峰电流是相应纳米铂修饰电极的四倍．这种制备海绵状纳米多孔结构的方法以及所得到得到铂修饰电极可能在燃料电池和生物传感器等领域有着很大的应用前景．     

Nitrogen-doped graphene nanosheets as high efficient catalysts for oxygen reduction reaction

It is of great significance in exploring alternative catalysts to platinum (Pt)-based materials for oxygen reduction reaction (ORR),because this reaction is invariably involved in various fuel cells and metal-air batteries.We herein reported the nitrogen doped graphene nanosheets (NGNSs) with pore volume of as high as 3.42 m 3 /g and investigated their potential application as ORR catalysts,it was demonstrated the NGNSs featured high activity,improved kinetics and excellent long-term stability for ORR.The NGNSs were successfully used as cathode catalysts of microbial fuel cells (MFCs) and performed even better than the commercial Pt/C (Pt 10%) catalysts at the maximum power output.