Co-MOF@CNTs的制备及其电催化氧还原性能的研究

开发用于氧还原反应的高效非贵金属电催化剂是可再生能源技术的核心,但也是一个巨大的挑战.该实验组采用水热法制备了含有钴元素的金属有机框架(Co-MOF)结构,并与碳纳米管(CNTs)复合,制备了Co-MOF@CNTs复合材料,用于催化氧还原反应(ORR).探究了导电材料碳纳米管的负载量对催化剂在0.1 M KOH电解液中催化ORR性能的影响.研究表明,CNTs的加入对Co-MOF材料在碱性电解液中的ORR性能有明显的促进作用,并且和CNTs的负载量有关. CNTs的载量为15 wt%时,Co-MOF@CNTs表现出最佳的ORR活性,ORR起始电位为0.89 V,半波电位为0.78 V,电子转移数为3.7,接近4电子转移过程.半波电位和电子转移数均略低于商业Pt/C催化剂,表现出了良好的ORR催化活性. MOF中的中心钴离子作为金属源起着至关重要的作用,以产生钴金属核,为氧还原反应(ORR)提供活性中心.多壁碳纳米管(MWCNT)可以增强电子的输运,可以作为催化剂材料的导电基底. MOF和CNTs的掺杂为制备其他更加低廉、高效、稳定的非贵金属催化剂提供了设计思路.     

氮掺杂聚苯胺-碳氧还原催化剂的制备与表征

采用软模版法合成聚苯胺前躯体，通过改变过渡金属制备出PANI-FeCo-C、PANI-Fe-C、PANI-Co-C和PANI-C质子交换膜燃料电池(PEMFC)阴极非贵金属催化剂。电化学测试结果表明：4种催化剂中，PANI-Fe-C的催化活性最好，其氧还原反应起始电位达到0.87V。通过X射线衍射光谱（XRD）、拉曼（Raman）光谱、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）测试可知，PANI-Fe-C催化剂中含有较多晶格畸变的碳和石墨型的氮，这些特性是其具有优越氧还原催化性能的重要原因。     

水及还原温度对氧化铕促进的Cu-ZnO催化剂上甘油氢解性能的影响

采用共沉淀法制备了氧化铕(Eu2O3)促进的Cu-ZnO催化剂,通过X射线衍射(XRD)、N2O脉冲吸附等手段对所制备的催化剂物化性质进行表征,考察了它们在连续流动固定床反应器中甘油氢解反应的催化性能,讨论了反应液中水的质量分数及还原温度对Eu2O3促进的Cu-ZnO催化性能的影响.结果表明:引入Eu2O3不改变甘油氢解反应的产物分布,但能显著提高催化剂的稳定性;减少反应液中水含量及降低还原温度有利于提高催化剂的稳定性;稀土Eu2O3能够增强Cu-ZnO的抗水氧化能力,使催化剂表面Cu0难被水氧化而不易失活.     

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.     

铁基有机框架材料催化还原对硝基苯酚的研究

以氯化铁和对苯二甲酸为原料,通过水热法制备了金属有机骨架材料MIL-101(Fe)催化剂,以催化还原对硝基苯酚为探针反应考察了制备的MIL-101(Fe)的催化性能.研究发现,不同原料配比制备的MIL-101(Fe)均能促进对硝基苯酚催化还原为对胺基苯酚的反应,其中原料配比为1:1所制备的材料性能最佳,反应2 min,转化率达98.9%.采用粉末X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱等表征手段分析了MIL-101(Fe)的晶相结构、形貌和表面组成,探究了MIL-101(Fe)在酸碱环境下催化活性的稳定性,比较了邻、间、对硝基取代基的催化活性.     

磷钨酸/TiO2催化剂的制备与光催化性能

为了研究磷钨酸/Ti O2复合催化剂制备条件对催化剂的光催化性能的影响,用溶胶凝胶法制备了磷钨酸掺杂纳米Ti O2复合催化剂(简称PW/Ti O2),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和BET比表面积等手段对PW/Ti O2进行了表征。以苯为气相有机污染物,考察了热处理温度、热处理时间以及磷钨酸掺杂量对PW/Ti O2的催化性能的影响以及催化剂的循环使用,结果表明:PW/Ti O2的催化性能均随着焙烧温度,焙烧时间以及磷钨酸掺杂量的增加是先增加后减少,当磷钨酸与二氧化钛配比为0.008 5∶1,焙烧温度为350℃,焙烧时间为2 h时,PW/Ti O2的催化性能最佳。PW/Ti O2的光催化效果明显好于Ti O2和HPW,但随着催化剂使用次数的增加,其对苯的降解效率逐渐减弱。     

Pd-Ni/HZSM-5多相催化乙酸、乙醛一步加氢酯化研究

采用浸渍法制备了负载型双金属催化剂Pt-Ni/HZSM-5,并用于催化乙醛和乙酸气相一步加氢酯化反应.X-射线衍射结果表明,双金属在催化剂表面处于高分散状态.研究了镍负载量、焙烧温度、还原温度、反应温度、氢醛比以及催化剂用量对催化性能的影响.结果表明,催化剂制备条件和反应条件对催化性能有显著的影响.微量Pt的引入使催化剂的催化活性增强.     

V2 O5/γ-Al2O3催化剂的乙苯混合脱氢研究

采用等体积浸渍法制备了一系列V2O5/γAl2O3催化剂,用程序升温还原反应(TPR)、X射线光电予能谱分析(XPS)、粉末X射线衍射分析(XRD)和N2物理吸附对催化剂进行了表征,并考察了催化剂在CO2气氛下乙苯氧化脱氢反应性能和在系统中通入O2对催化剂结构和催化性能的影响.结果表明,随着V负载量的增加,催化剂在CO2氧化乙苯脱氢过程中的初活性增加,但催化剂的稳定性变差;在CO2氧化乙苯过程中加入少量O2可以有效抑制催化剂表面积碳,同时使催化剂表面高价态的V物种含量增加,从而维持较高的活性和稳定性.     

CoFe-B-P纳米颗粒的制备 及其电化学析氧性能研究

本工作通过溶剂热法制备了 CoFe-B-P 纳米颗粒,并考察其电化学析氧性能 . 所 制备催化剂的形貌结构和组分通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍 射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等手段进行表 征 . 研究发现,当 Co/Fe 的摩尔比为 4∶1 和 NaH2PO2·H2O 的加入量为 2.0 mmol 时,所制备 Co4Fe1-B-P 催化剂展现了最优异的催化 OER 性能,在电流密度为 10 mA cm?2 时的过电位为 285 mV,较小的塔菲尔斜率（52.70 mV/dec）,并且在1.0 M KOH电解液中连续测试20 h后仍具 有优异的稳定性 . 所制备催化剂 OER 活性的提高主要归因于过渡金属与非金属之间的协同 作用.     

对向靶磁控溅射纳米氧化钒薄膜的热氧化处理

采用直流对向靶磁控溅射方法制备低价态纳米氧化钒薄膜,研究热氧化处理温度和时间对氧化钒薄膜的组分、结构和电阻温度特性的影响采用X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）对氧化钒薄膜的组分、结晶结构和微观形貌进行分析,利用热敏感系统对薄膜的电阻温度特性进行测量．结果表明,经300～360℃热处理后,氧化钒薄膜的组分逐渐由V2O3和VO向VO2转变,薄膜由非晶态变为单斜金红石结构,具有金属半导体相变性能;增加热处理温度后,颗粒尺寸由20nm增大为100nm,薄膜表面变得致密,阻碍氧与低价态氧化钒的进一步反应,薄膜内VO2组分舍量的改变量不大;增加热处理时间后,薄膜内VO2组分的含量明显增加,相变幅度超过2个数量级.     

ZIF-derived Co–N–C ORR catalyst with high performance in proton exchange membrane fuel cells

Metal and nitrogen-doped carbon (M-N-C) materials have been considered as the most promising non-precious metal oxygen reduction (ORR) catalysts to replace expensive Pt catalysts. Due to high Fenton catalytic activity of Fe element and the resulting instability, Co-based N–C (Co–N–C) catalysts without Fenton catalytic activity should be a worthier ORR catalyst being explored. Although the high ORR activity of Co–N–C catalyst has been demonstrated in aqueous half-cell tests, their performance under PEMFC working condition is still far away from that of state-of-the-art Fe–N–C catalysts. In this study, a high-performance Co–N–C catalyst was synthesized by one-step pyrolyzing Co-doped ZIF-8 (zeolitic imidazolate framework-8) particles in-situ grown on the high-surface-area KJ600 carbon black with high electronic conductivity. The resulting Co–N–C catalyst exhibited high intrinsic ORR activity, fast mass transfer rate and high electronic conductivity, and thus yielded a remarkable peak power density of 0.92 W cm^-2 in H₂–O₂ PEMFC, which is comparable to state-of-the-art Fe–N–C catalyst. This strategy is helpful to synthesize highly active M-N-C ORR catalysts with improved mass transfer and electric conductivity.     

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.     

热解聚苯胺合成氮掺杂MnCo2O4-C氧还原催化剂

通过热解聚苯胺涂层的Mn Co2O4颗粒制备出Mn Co2O4/N-C材料,即一种新型的碱性聚合物电解质膜燃料电池(APEFC)阴极非贵金属催化剂。在不同温度下热处理得到了一系列的Mn Co2O4/N-C催化剂,对其进行XRD、Raman、XPS表征和LSV电化学测试,结果表明:热处理温度为900℃,Mn Co2O4质量分数为15%时,Mn Co2O4/N-C催化剂具有最佳的催化活性,氧还原反应起始电位为0.90 V;该催化剂中石墨型的碳和氮含量最高,这是其具有较高的氧还原催化活性一个重要因素。     

壳聚糖包覆多孔碳骨架的可控制备及其电催化性能

燃料电池是一种环境友好、转换效率高、能量密度高的能量转换装置,可将化学能直接转换为电能。但目前应用于阴极氧还原（oxygen reduction reaction, ORR）的铂基催化剂价格昂贵、资源稀缺、抗甲醇能力低的缺点限制了它的应用。基于此,以生物质材料壳聚糖为前驱体,通过水热法将壳聚糖包覆到分层多孔氮掺杂碳骨架（hierarchically porous nitrogen-doped carbon, HPC）上,经高温处理得到了高效的铁掺杂壳聚糖包覆HPC催化剂（Fe-HPC@CTS）。研究结果表明：壳聚糖已包覆到HPC上,有效的提升了催化剂的比表面积;壳聚糖包覆HPC,一方面增加了催化剂中的活性位点,另一方面HPC提供了导电性好、比表面积大的基底,从而使得催化剂拥有一个良好的电子传输通道以及暴露更多的活性位点,从而使催化剂的ORR性能有明显的提升;该催化剂在碱性条件下ORR半波电位为0.80 V,极限电流密度为6.50 mA·cm^-2。通过抗甲醇性能测试,该催化剂的抗甲醇性能要优于20% Pt/C催化剂。     

硫酸化改性对TiO2负载的铈基脱硝催化剂的活性及抗碱金属性能的影响

采用浸渍法对TiO₂负载的铈基催化剂进行了硫酸化改性,同时制备了未经硫酸化改性的催化剂与之对比,通过X射线衍射（XRD）、比表面积测试（BET）、氢气程序升温还原（H₂-TPR）、X射线光电子能谱（XPS）和吡啶红外光谱（Py-IR）等一系列手段对催化剂进行了表征。结果表明,硫酸化改性不仅能够增加催化剂表面的化学吸附氧的含量,提高催化剂的氧化还原性,而且还能极大地丰富催化剂表面的布朗斯特酸位点和路易斯酸位点,以此来增加催化剂的酸性,使得催化剂的低温活性有所提升并拓宽其温度窗口。此外,硫酸化改性为铈基催化剂表面增加了额外的超强酸位点,使催化剂在受到碱金属的毒害后,仍有大量的酸位能得以保留,能够维持对NH₃的吸附,进行催化反应循环,极大地提升催化剂的抗碱金属性能。     

Co(S1-xSex)2.0化合物的制备及对阴极氧还原的催化性能

采用Co4(CO)12、S粉和Se粉为原料,在1,6-己二醇介质中利用低温回流法合成Co(S1-xSex)2.0(x=0.1～0.9)化合物。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和旋转圆盘电极(RDE)表征了化合物的物理特征和电催化性能。这类化合物呈现出聚集的纳米粒子表面形貌,化合物中含有正交结构的CoSe2晶粒和立方结构的Co9S8晶粒。在氧气饱和的0.5 mol/LH2SO4电解液中,Co(S1-xSex)2.0化合物对氧还原反应(ORR)的催化活性、开路电位和交换电流密度随Se含量的增加而增大。     

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.     

Al含量对完全液相法制备Cu-Zn-Al催化剂合成甲醇的影响

采用完全液相催化剂制备工艺,以异丙醇铝为铝源,在固定n(Cu)∶n(Zn)比例下,考察了Al含量对Cu-Zn-Al浆状催化剂合成甲醇的影响,通过X射线粉末衍射(XRD)、程序升温还原(TPR)、氮气吸附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等对催化剂进行了表征。研究表明,Al含量对催化剂的催化性能有显著的影响,较多或较少的Al含量都不利于甲醇合成;当n(Cu):n(Zn):n(Al)=2∶1∶0.8时催化剂具有最高的甲醇选择性。增加Al含量有利于提高Cu物种的分散性;当Al含量增加到一定量后,催化剂的比表面积会迅速增加。     

Influence of V/P Ratio on the Catalytic Performance of VPO/SiO_2 Catalysts for Ammoxidation of Chloro-Substituted Toluenes

A series of vanadium phosphate oxide(VPO) catalysts supported on silica(VPO/Si O2) with various mole ratios of V/P(nV:nP=1:0.8-1:3) were prepared through impregnation method. The catalytic activity was evaluated by ammoxidation reactions of several kinds of chloro-substituted toluenes(CT) in a fixed-bed reactor. The catalyst presented the best performance when nV:nP is 1:1.6. The prepared catalysts were characterized by N2 adsorption, hydrogen temperature programmed reduction(TPR) and ammonia temperature programmed desorption(TPD) and etc. The results reveal that P can decrease the bonding energy of V=O and increase the mobility of lattice oxygen which was beneficial for the improvement of the catalysts, while too much P can greatly decrease the average oxidation number of V which leads to deactivation of the catalysts. The surface acidity of the VPO/Si O2 catalysts is affected by nV:nP and the catalyst had the highest surface acidity when nV:nP is 1:1.6. The selectivity of catalysts is proportional to the surface acidity when nV:nP is lower than 1:3.0.