铁基氧电极催化剂研究进展

燃料电池是一种通过化学反应将燃料所具有的化学能直接转化为电能的装置,因具有系统结构简单、启动快速、寿命长、功率密度和能量密度高等优点而备受关注。但是,燃料电池的氧还原反应动力学过程缓慢,需要高效的催化剂以提高整个体系的运行效率。目前,性能最好、使用最广泛的燃料电池催化剂是铂基催化剂。但铂价格极其昂贵,无法支持大规模商业化应用,此外,铂催化剂易中毒和稳定性差等问题也无法完全解决。近年来的研究表明,铁基催化剂具有良好的氧还原反应催化性能,最有希望替代铂基催化剂。基于此,对近年来各类非贵金属铁基催化剂进行了综述,并在此基础上阐述了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。     

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。     

科学家首次成功制备二十四面体铂纳米晶体

二十四面体是一种十分罕见的晶体形状，其表面通常由{210}、{310}、{320}等高指数晶面围成。之前从未见到人工合成二十四面体金属纳米晶体的报道。在自然界中，也仅发现金刚石、萤石和铜矿等极少数矿物能以不完美的二十四面体形式存在。最近厦门大学化学化工学院孙世刚和美国佐治亚理工学院王中林等科学家采用一种新的电化学方法，首次制备出具有高表面能的二十四面体铂纳米晶粒催化剂，电催化研究证实，所制备的二十四面体铂纳米晶体具有很高的催化活性：以单位铂表面积来计算，它对甲酸、乙醇等有机小分子燃料电氧化的催化活性是目前商业铂纳米催化剂的2到4倍，显示其在燃料电池、电催化等领域中的重大应用价值，显著提高了铂纳米催化剂的活性和稳定性。     

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．     

碱性膜燃料电池阴极Co-N-C催化剂层的性能优化

近年来,阴离子交换膜性能的提升使碱性膜燃料电池(AMFC)的研究成为热点.与质子交换膜燃料电池(PEMFC)相比,其主要特点之一就是可以使用非贵金属催化剂替代商业Pt/C,从而避免非贵金属在酸性中的不稳定性.膜电极是燃料电池的核心部件,制约燃料电池的性能.催化层作为膜电极的主要部件,由催化剂和离聚物组成.离聚物质量分数...     

基于3d过渡金属的氧电极材料研究进展

氧还原催化剂及缓慢的阴极氧还原动力学是制约低温燃料电池商业化的关键瓶颈因素之一.非贵金属氧还原催化剂是近年来低温燃料电池最受关注的研究热点之一.在简要介绍燃料电池及氧还原反应机理的基础上,详细地综述了近年来低温燃料电池用3d过渡金属基氧还原催化剂的主要研究进展,包括过渡金属大环化合物、过渡金属-氮/碳类化合物、过渡金属硫族化合物和过渡金属氧化物,总结了提高催化活性和稳定性、降低催化剂制备成本以及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.     

质子交换膜燃料电池关键技术的研发进展

质子交换膜燃料电池具有启动速度快、能量密度高及清洁环保等优点，可广泛应用于燃料电池汽车、固定式电站和移动型电源等领域。本文简要介绍了质子交换膜燃料电池的工作原理，综述了PEMFC的发展简史及研究进展。探讨了PEMFC的应用情况。从催化剂和电解质等关键材料，膜电极的性能，燃料的安全性与实用性，以及电池的寿命等方面详细分析了PEMFC的主要技术问题，并进一步展望了PEMFC的发展前景。     

Ni_(0.85)Se/MWCNT复合阴极材料的制备及性能研究

利用简单的一步水热法制备多壁碳纳米管负载Ni_(0.85)Se纳米复合材料,并采用XRD、SEM和TEM测试技术对材料进行表征.将其作为阴极催化剂应用于微生物燃料电池,电池的产电功率为190.7 mW·m~(-2),远高于使用单一Ni_(0.85)Se和碳纳米管材料,可达到使用铂碳的68.5%.由于铂碳的价格昂贵,所制备的Ni_(0.85)Se/MWCNT纳米复合材料具有替代铂碳开发低成本微生物燃料电池的潜力.     

催化活性界面从传统催化剂的一维向三维发展

<正>贵金属催化剂应用广泛,如何提升贵金属利用率,同时维持高的催化剂活性、选择性和长的使用寿命一直是贵金属催化剂研制的核心问题.最近,我校化学化工学院郑南峰教授课题组在铂纳米复合催化剂的制备、表征及催化反应的过程机理方面的研究取得了重要进展,相关研究成果"     

NH_3杂质对HT-PEM燃料电池性能的影响

目的研究氢燃料中存在NH3杂质时对高温质子交换膜燃料电池的影响.方法使用燃料电池测试系统测试了HT-PEM燃料电池的极化曲线和交流阻抗图谱,采用等效电路法获得了HT-PEM燃料电池的等效电路元件,并对被NH3毒化后的电池催化剂层进行了电子显微扫描,分析了氢燃料中NH3质量浓度、电池温度和使用时间对HT-PEM燃料电池性能的影响.结果氢燃料中NH3的存在改变了电池电极电化学反应界面的结构,阻碍了质子的传递,导致电池性能下降,并且被NH3毒化后HT-PEM燃料电池再通入纯净氢气后电池性能仍继续下降.结论氢燃料中的NH3对HT-PEM燃料电池有很强的毒化作用,主要体现在降低了电池电极电化学反应界面,同时,被NH3毒化后HT-PEM燃料电池性能很难恢复,这种损害是不可逆的.     

质子交换膜燃料电池性能及催化剂表征

设计并组装了燃料电池寿命测试系统，对单个质子交换膜燃料电池(单电池)进行了各种寿命测试．在单电池运行过程中记录电池的工作曲线及性能曲线．了解电池的性能变化及运行状况．通过XRD、TEM和SEM等手段对运行时间为200，500，700，l000和2000的三合一膜电极(MEA)中的阴、阳极催化剂分别进行了表征，获得催化剂晶态、表面形态及颗粒大小等变化信息．考察催化剂晶胞参数、颗粒大小等变化对电池寿命及性能的影响．     

便携式直接甲醇燃料电池

采用超薄无Teflon化催化层制备直接甲醇燃料电池空气电极,用电化学沉积方法制备甲醇氧化催化剂PtRu／C。提出较高电位下甲醇氧化的概念。所研制的直接甲醇燃料电池的催化电极贵金属催化剂的利用率提高,甲醇氧化过程催化剂CO中毒问题能够基本消除。     

质子交换膜燃料电池的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效节能、工作稳定、环境友好的理想发电装置.质子交换膜是PEMFC的核心组成,是一种选择透过性膜,主要起传导质子、分割氧化剂与还原剂的作用.PEMFC用电催化剂主要为铂系电催化剂,为降低成本,提高铂的利用率和开发非铂系催化剂是今后催化剂研究的主要方向之一.文中对PEMFC电极的制备技术和电池的水管理、热管理方法等作了简要介绍.     

质子交换膜燃料电池用碳气凝胶载铂催化电极

采用乙二醇还原法,以碳气凝胶为载体制备碳气凝胶载铂催化电极(Pt/CA/CP),并制成燃料电池单电池。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X线衍射仪(XRD)对碳气凝胶载铂催化剂进行表征,铂颗粒均匀分散于碳气凝胶载体上,粒径集中为3~5 nm。采用循环伏安法(CV)对碳气凝胶载铂催化电极进行电化学性能评价,碳气凝胶载铂催化电极具有较高的催化剂利用率,采用燃料电池测试系统对单电池进行性能评价,碳气凝胶载铂催化电极单电池工作电压可大于0.9 V,电流密度接近1 A/cm~2。     

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。     

质子交换膜燃料电池阳极钝化现象研究

在组装的单体质子交换膜氢氧燃料电池系统上，用线性电位扫描法研究了不同电池温度和湿度下的阳极极化行为．发现发生钝化的输出槽压约为0．6V，输出功率在最大值附近时，阳极产生钝化现象．钝化的起因是阳极铂催化剂氧化形成铂氧化物的结果．提高电池的工作温度和湿度，都加速了燃料电池阳极的钝化．     

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.     

直接氧化型葡萄糖燃料电池的研制

研究了新型Ｐｔ／Ｃｏ／Ｃ电催化剂的制备,并以其作为阳极制备直接氧化型葡萄糖燃料电池．实验结果证明,葡萄糖燃料电池具有较高的电动势和较优的电极性能,电极稳定性好,不存在毒化问题,是一种有开发前景的燃料电池．     

直接甲醇燃料电池电极材料研究进展

介绍了直接甲醇燃料电池(DMFC)的工作原理、电极材料研究现状和存在的问题.综述了DMFC电催化剂最新研究进展,对贵金属基合金特别是Pt-Sn电催化剂等作了评述,指出了电催化剂研究面临的问题.     

中国合成迄今最大长径比超细铂纳米线

金属铂性能优异,用途广泛,但是其资源却非常有限。为了解决此问题,人们采用铂的纳米化来提高其性能,减少用量。铂纳米线因具有较大的长径比、较少的缺陷位点、较少的晶界以及较多的表面原子,呈现出很高的催化活性,可以极大地减少铂催化剂的用量,在燃料电池、生物传感器、石油化工等领域具有十分广阔的应用前景。