模板法制备氮掺杂多孔碳材料氧还原性能研究

以水溶性盐NaCl和Na_2SiO_3为双重模板,以葡萄糖为碳源,尿素为氮源,通过冷冻干燥以及随后的热解过程,合成了具有分级多孔结构的氮掺杂碳纳米片作为高效的氧还原催化剂,并探究了不同模板剂对碳纳米片性能的影响.结果表明,以NaCl和Na_2SiO_3为模板可使碳源、氮源分散,形成具有较大比表面积和分级多孔结构的碳纳米片.这种结构不但有利于提高催化剂和电解质的有效接触面积,促进氧分子的扩散,缩短电催化过程中电子和离子的传输路径,还有助于产生更多的活性位点,提高氧还原催化性能.     

椰子壳衍生钕氮掺杂碳制备及其电催化氧还原反应性能研究

以海南椰子壳、三聚氰胺、氯化锌以及氯化钕为前驱体,通过热处理、掺杂等过程制备得到了一种氮掺杂碳基氧还原催化剂。电化学测试结果表明,该催化剂对ORR有很好的催化性能,特别是在碱性介质中,可以接近商业Pt/C催化剂;该催化剂具有非常好的稳定性、甲醇耐受性,及非常高的四电子过程选择性。催化剂制备过程中的氮前驱体三聚氰胺的用量对于催化剂的活性有着非常重要的影响,当催化剂中的三聚氰胺用量为2 g时,得到的催化剂性能最优。     

钴/氮掺杂多孔纳米碳材料催化选择性还原硝基芳烃

为提高非均相钴催化剂的还原性能,该文以钴、锌双金属类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为自牺牲模板,通过高温煅烧制备了氮掺杂多孔碳负载的钴催化剂(Co@NC)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征及组成进行了表征。结果显示：高温煅烧之后,ZIFs前体的结构得到了很好的保留;所得催化剂可以在室温条件下,以水合肼作为还原剂,高产率和高选择性地还原硝基芳烃;且该催化剂具有优异的循环稳定性,循环10次之后催化活性和选择性没有明显的变化。     

过渡金属修饰的杂原子掺杂多孔碳基氧还原和析氧催化剂的研究进展

高效且清洁的能源储存和转换装置对未来的社会发展至关重要.然而,金属空气电池、燃料电池、电解水制氢等设备中涉及的氧还原反应(ORR)迟缓的动力学和析氧反应(OER)较大的过电势限制了这些设备的能源效率和运行寿命.廉价、高效、稳定且环保的ORR和OER催化剂的制备是推动能源转换装置商用的关键环节.本文总结了过渡金属修饰的杂原子掺杂多孔碳基ORR和OER催化剂的最新研究进展,并重点评述了其结构与性能之间的关系.最后,从理论计算的角度讨论了活性位点的电子结构特性对碳基材料电化学性能的影响,并展望了该领域所面临的挑战和机遇.     

钴基氧还原电催化材料研究进展

氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)是能量转换和储存系统的关键电极反应。目前,贵金属基材料,如铂和钯,是ORR最有效的催化剂,但其地球储量稀少、价格昂贵,且抗甲醇和CO性能差。因此,开发新型、低成本、高性能的氧还原电催化剂对能源转化和储存具有重要意义。综述了近年来非贵金属钴(Co)基氧还原电催化材料的研究进展及其性能调控策略,分为Co合金、Co-N-C、Co纳米粒子、Co基氧化物、Co基磷化物和Co基硫化物等多种形式,并对未来开发低成本、高性能的氧还原催化剂进行了展望。     

超级电容器用氮/氧共掺杂多孔碳纳米材料的制备及性能研究

超级电容器作为一种新型的储能装置,而电极是决定超级电容器电化学性能的核心部件.在研究工作中,利用D-无水葡萄糖为碳源、三聚氰胺为氮源和NaHCO3为致孔剂成功合成了 一种氮/氧共掺杂碳纳米材料用于高性能超级电容器.在电流密度为1 Ag-1时,电极材料的比电容可达165Fg-1(6MKOH电解液).采用合成方法可以成功实...     

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.     

ZIF-67制备的磷掺杂碳催化剂及其氧还原性能

开发高效、廉价的碳基氧还原(ORR)催化剂是质子交换膜燃料电池等先进能源系统商业化应用的关键。以金属有机框架材料ZIF-67为原料,通过热处理、磷掺杂等过程得到高性能的ORR催化剂。该催化剂对ORR具有优异的催化性能,相较于商业Pt/C催化剂,其具有更高中部电位(Half-wave potential)。与此同时,该催化剂还具有非常好的甲醇耐受性与稳定性,并对四电子催化过程具有非常高的选择性。     

硼掺杂多孔碳的构筑与储钾性能研究

碳材料具有来源广、易制备等优点,是极具潜力的钾离子电池负极材料.以葡萄糖为碳前驱物,四硼酸钠为硼源,氯化钠为模板,制备了硼掺杂多孔碳.材料表征结果表明,硼掺杂多孔碳由超薄多孔碳纳米片组装而成,具有三维网络结构、较大的比表面积(577.8 m2/g)及孔体积(0.66 cm3/g).当用作钾离子电池负极材料时,该硼掺杂多...     

氮掺杂石墨烯凝胶的制备及其氧还原催化性能

以氧化石墨烯为原料,采用水热法合成出具有三维网络结构的氧化石墨烯凝胶,并与氨气在高温下反应制得具有三维多孔结构的氮掺杂石墨烯凝胶(N-G-F)。通过SEM、TEM、BET、XPS等分析手段对N-G-F的形貌结构及组成进行了系统表征,使用旋转圆盘电极测试了其对氧还原反应的催化活性。结果表明,N-G-F的氧还原反应具有高起始电位(-0.1 V)、四电子转移的反应特征和高的动力学电流密度(9.1 m A/cm2),高于商业化Pt-C的电催化性能。     

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.     

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(CoMoO4)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28...     

聚多巴胺功能化的碳纳米管负载Pt-Pd用于燃料电池阴极氧还原

合成廉价燃料电池催化剂是电化学新能源研究领域的热点.本文基于聚多巴胺的还原性,温和条件下在聚多巴胺包裹的碳纳米管上原位合成了Pt-Pd纳米粒子.使用粉末X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和循环伏安法(CV)对合成材料进行了表征,研究该催化剂对氧气的电化学催化还原性能.结果表明,在0.5M H2SO4介质中,氧气能够在该催化剂表面发生4电子还原反应.     

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.     

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．     

不同微结构纳米碳纤维电极的氧还原性能

采用催化化学气相沉积法制备了3种不同微结构的纳米碳纤维,利用高分辨透射电子显微镜和比表面测试等表征手段对纳米碳纤维的微结构和织构进行了分析;采用电化学循环伏安法对不同微结构纳米碳纤维电极的氧还原反应起始电位、峰电位和峰电流等参数进行了考察,并与石墨电极的氧还原性能进行了比较。结果表明:纳米碳纤维具有良好的氧化还原性能,微结构对纳米碳纤维的氧还原反应性能有着重要影响,这可能与不同微结构的纳米碳纤维具有不同的比表面和孔结构以及表面化学性能有关;同时纳米碳纤维也具有较好的电容性能。     

基于多孔碳纳米微球的电化学传感器用于检测4-氨基苯酚

以多巴胺为前体,利用高温碳化的方法制备多孔碳纳米微球.多孔碳纳米微球通过透射电子显微镜和X射线粉末衍射图谱来进行表征.利用多孔碳纳米微球修饰玻碳电极,构建电化学传感器用于4-氨基苯酚的检测.结果表明,该传感器实现了对4-氨基苯酚的灵敏检测,线性检测范围为0.1~120μmol/L,检出限为20nmol/L.此外,该方法具有稳定性好、选择性高等优点.     

微结构对纳米碳纤维氧阴极还原性能影响

在制备微结构可控纳米碳纤维基础上,研究纳米碳纤维微结构对氧气电催化还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)性能的影响.利用化学还原法合成了Pt电催化剂,研究了纳米碳纤维微结构对Pt/CNFs电催化剂电催化性能的影响.研究发现,相对于基于活性炭的电催化剂,载于纳米碳纤维的电催化剂具有较高的ORR活性;同时,基于板式纳米碳纤维的电催化剂表现出最高的ORR活性.     

溶解氧在玻碳电极上的还原行为研究

用旋转圆盘电极研究了溶解氧在玻碳电极上，在硫酸、氯化钾、氢氧化钾3种溶液中的阴极还原行为．实验发现，在玻碳电极上氧的阴极还原均按两电子途径进行，过程受扩散步骤控制．