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.     

"海胆状"Fe-Cu-Ni合金催化剂制备及析氧性能

采用快速电沉积法制备了成分均匀、形貌均一且具有高析氧活性和耐久性的"海胆状"Fe-Cu-Ni多元合金.在0.1 mol/L KOH溶液中该多元合金催化剂具有较高的反应动力学速率和反应活性,其析氧过电位为230 mV,塔菲尔斜率为99.9 mV/dec,活性为3.781 mA/cm2.同时,经长时间I-t耐久性测试发现,该合金在经过25000 s循环后,其活性仍可保持在0.507 mA/cm2.该研究可为析氧三元合金催化剂的制备调控提供可借鉴的理论和实验依据.     

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.     

电催化析氧反应过渡金属硫化物催化剂研究进展

析氧反应（oxygen evolution reaction, OER）、析氢反应（hydrogen evolution reaction, HER）和氧还原反应（oxygen reduction reaction, ORR）为电解水、金属-空气电池等能源器件的半反应。其中,OER由于涉及4e^-转移和O-O键的形成而导致反应动力学迟缓和过电势高,因此,开发优异的OER电催化剂能够有效提高能量转换效率。到目前为止,过渡金属硫化物催化剂（transition metal sulfide catalysts, TMSs）被研究人员大量研究和报道,并且取得飞跃发展。介绍在不同电解质中的OER机制,并通过对近几年相关文献的综合归纳,探究TMSs催化剂的组成、导电性、质子传输、缺陷程度、界面化学等多种因素对OER的影响。综述目前过渡金属硫化物电催化剂在OER领域所面临的挑战和研究进展,希望为TMSs的研究者提供借鉴。     

金属有机框架基材料电解水制氢研究进展

化石燃料的应用带来了温室效应等环境问题。氢能源被认为是代替化石燃料的清洁能源之一。电解水制氢对环境不产生二次污染,因此,探索用于析氢反应的高效电催化剂是人类积极面对的课题。金属有机框架(Metal Organic Framework,MOF)基材料在电解水过程中具有良好的催化性能,有望代替贵金属电极。着重综述了MOF基材料的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)性能,总结分析了当前设计此类MOF基电极材料的新思想。     

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.     

CoCu析氧纳米合金制备及性能调控机理

采用电化学沉积法制备了一种多边形结构的Co Cu二元合金纳米颗粒,研究了其析氧性能及调控机理.SEM和XRD表征结果表明,该材料在电沉积过程中合金化程度较高且Co和Cu之间的合金化作用明显.组分调控结果表明,Co含量与析氧活性的作用呈非线性规律,70%的Co含量为最佳配比.在0.1 mol/L KOH溶液中,Co₇Cu₃二元合金纳米催化剂具有极高的析氧活性,其析氧过电位为379.5 mV,Tafel斜率为278 mV/dec,活性电流密度高达55.6 A/g.同时,在0.8 V_SCE的恒定电位下,该催化剂稳定持续工作40000 s后,其活性衰减率为10%,表明该催化剂具有较好的电化学稳定性.     

球状FeCo纳米合金制备及氧析出性能研究

Co与过渡金属合金化是提高析氧催化剂反应活性的一种有效策略.Co与同周期的Fe元素合金化,其电子微扰作用有利于增强Co活性中心的析氧效果.本研究采用电沉积法制备Fe0.5Co0.5合金,分析其微观形貌、成分、结构和折氧性能,研究前驱溶液配比浓度与最终催化剂性能的关系.通过表面微观调控,Fe0.5Co0.5合金在0.1 mol/L KOH溶液中的过电位为345.3 mV,塔菲尔斜率为114 mV/dec,极大地提升了单质Co的析氧催化剂反应动力学活性.其耐久性测试结果表明,经过7200 s的长时应用后其电流密度仍然高达5.2 mA/cm2.     

硫钼簇OER催化剂[(Mo2O2S2)(C4N2H6)4(MoO4)]的合成及催化特性

析氧反应(OER)在可再生能源技术电解水中发挥着重要作用,但OER反应动力学缓慢,严重制约着其催化性能和实际应用.因此设计合成高效、耐用且廉价的OER电催化剂是解决这一问题的有效方法.硫钼簇分子催化剂在这一领域表现出良好的发展势头,但设计与合成该类分子基催化剂具有极大的挑战性.本文在溶剂热的条件下通过自组装的合成方式成...     

FeOOH@CNT/NF的制备及电催化析氧性能研究

目的 以泡沫镍、包镍多壁碳纳米管、过氧化氢和七水硫酸亚铁为原料，通过120℃的水热过程，反应6 h成功制备出了FeOOH@CNT/NF析氧催化剂。方法 运用单变量控制法研究了包镍多壁碳纳米管、过氧化氢和七水硫酸亚铁的用量对所制备材料的电催化析氧性能的影响，同时对产物进行了XRD、SEM、I/E、稳定性等表征。结果 研究结果表明，当使用0.300 0 g包镍多壁碳纳米管、0.700 0 g七水硫酸亚铁和30%过氧化氢体积为40.0 mL时，在120℃温度条件下，以预处理的泡沫镍为基底，水热反应6 h可成功制备出FeOOH@CNT/NF电催化析氧材料。结论 所制备析氧催化剂在电流密度为50 mA/cm²时的过电位仅为254.7 mV,Tafel斜率为8.40 mV/dec,C_dl值为690 mF/cm²,并且在12 h内工作稳定。     

铁基层状双氢氧化物的制备与析氧性能研究

析氧反应是水分解反应中的一个重要反应,而开发具有低成本高效率的催化剂对于非贵金属催化剂的实际应用至关重要.采用水热法制备了生长在泡沫镍上的三维花瓣状Ni Fe-LDH/NF、Co Fe-LDH/NF纳米片,其层状多孔的泡沫镍为层状双氢氧化物提供了较大的电化学活性表面积和丰富的电化学反应活性位点,而Ni2+与Fe3+之间的协同作用优化了制备的催化剂的电子结构,进一步提高了其析氧反应活性.实验结果表明,在碱性溶液中,Ni Fe-LDH/NF和Co Fe-LDH/NF比其相应的单金属化合物具有更强的电化学活性;在电流密度为20 m A/cm2时,Ni Fe-LDH/NF的过电位仅为180 m V,其Tafel斜率为47. 4 m V/dec,优于大多数非贵金属催化剂; Ni Fe-LDH/NF在电化学耐久性测试中表现出了优异的稳定性和耐久性,在0. 8 V的阶跃电位下持续电解36 000 s,其电流密度为63m A/cm2,且无明显衰减.     

钴氮共掺杂金属有机骨架碳化物的电催化活性研究

以钴螯合物为钴源制备的钴掺杂金属有机骨架(MOFs)为前驱体制备了一系列钴/氮共掺杂碳基多功能电催化剂,研究了碳化温度对材料氧还原反应(ORR)和析氢反应(HER)催化性能的影响.通过SEM、BET和XPS等表征手段,进一步分析了材料的形貌结构、比表面积以及表面元素化学态等.结果 表明,当碳化温度为800℃时,材料具有...     

退火温度对NiCo2O4纳米材料析氧性能的影响

电催化水分解过程中,动力学缓慢的阳极氧析出反应,制约了全水分解制备氢气的效率,因此,制备高效、稳定的析氧催化剂是十分必要的.通过溶剂热和热处理的方法制备了 NiCo2O4纳米颗粒,研究了退火温度对材料电催化析氧性能的影响.通过XRD,Raman,SEM,TEM以及极化曲线测试等研究了不同退火温度下得到材料的结构、形貌和...     

镍铁钴磷化物纳米片阵列的制备及其电催化析氧性能

采用溶剂热法将镍、铁和钴的硝酸盐溶液在180 ℃条件下反应24 h，经过后续磷化反应，在泡沫镍基底上生长镍铁钴磷化物纳米片阵列(NiFeCoP@NF).采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等测试手段对材料进行了表征，并用电化学工作站研究了镍铁钴磷化物纳米片阵列的析氧性能.结果表明:当电流密度达到10 mA/cm2时，需要的过电势仅为160 mV，并且在恒定电流密度下，过电势可保持24 h.研究结果对于研究纳米结构的过渡金属磷化物电催化剂具有借鉴意义.     

Pt－Rh合金电极上气体物质析出反应动力学

采用极化测量的方法，在０．５ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４溶液中，对Ｐｔ－Ｒｈ合金电极上电化学析氢、析氧反应动力学进行了系统的研究，确定了反应动力学参数．实验结果表明，对于析氢反应．合金的组成及温度的变化对反应速度影响很小．而对于析氧反应．Ｐｔ－Ｒｈ合金当中Ｒｈ含量的增加可导致反应速度加快；提高温度明显地加快反应速度．     

NiCo_2O_4的合成及其阳极电解水性能的研究

为了考察Ni的掺杂对尖晶石类阳极析氧催化剂的结构和析氧性能的影响,以乙二醇为溶剂、氢氧化钠为反应沉淀剂,采用共沉淀法合成了Co3O4和NiO金属氧化物粉末以及纳米介孔NiCo2O4尖晶石氧化物,并对所合成的阳极催化剂进行了表面形貌和物化性能测试。通过悬浊液包衣的方法将催化剂附着到Ti基片上,制备成电极,对阳极催化剂进行循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)及极化性能测试。随着Ni含量的增加,催化剂的比表面积增大、电极表面的接触电阻减小,电极的析氧过电位降低。所合成纳米结构的NiCo2O4其平均粒径为10nm、平均孔径为12.3nm、比表面积88.5m2/g。当负载量为2mg/cm2时,在0.1mol/L KOH电解质溶液中,NiCo2O4电解析氧活性较好,在i=10mA/cm2时,其析氧过电位最低,为345mV(vs NHE)。     

纳米晶CoB粉末的制备、表征及电催化析氧性能研究

通过无水氯化钴和硼氢化钠固相反应制备纳米晶CoB粉末,系统研究微观结构及电催化析氧性能。研究表明,纳米晶CoB粉末在1.0 mol/L KOH碱性环境中,电流密度为10 mA·cm^-2时,过电位为280 mV,Tafel斜率为75.89 mV dec^-1,该值优于商业RuO₂的过电位323 mV和Tafel斜率108.09 mV dec^-1,表明纳米晶CoB粉末具有良好的析氧活性。该电催化剂具有良好的稳定性和循环耐久性。     

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。     

氢燃料电池阴极氧还原反应电催化剂研究进展

氢燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的能量转换装置,具有转换效率高、噪声低、无污染、原料多样且用途广泛等优点,但其阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)动力学缓慢,极大地限制了其大规模应用与发展．因此,研发高效、耐用兼具经济性的ORR电催化剂是当前研究热点之一．在众多科研工作者的努力下,关于ORR电催化剂的研究工作已取得了许多重要突破性进展．本综述系统介绍了ORR反应机制和目前3种主流类别的ORR电催化剂(贵金属、非贵金属、碳基)的研究进展,着重分析了不同催化剂体系的性能与优缺点,并探讨了高性能ORR电催化剂的合成策略及其未来的发展方向．      

纳米片状CuCo2O4的合成及析氧性能研究

调控催化剂形貌和结构,优化表面特性,是提高催化性能的重要策略.通过水热合成铜钴双氢氧化物(CuCo LDH)前驱体,再经高温热解制得交叉连接片状CuCo₂O₄催化剂.该催化剂的粗糙表面和片层间隙有利于电解质的充分扩散吸附;其表面O缺陷能调节相邻金属位点价态,并能提高导电性,适合用于电化学催化.优化元素组成所制备CuCo₂O₄-1具有良好碱性析氧反应(OER)催化活性,在1 mol·L^-1 KOH电解质中,电流密度为100 mA·cm^-2时的过电位(η)为362 mV,OER塔菲尔斜率为112.2 mV·dec^-1,经过50 h的计时电位测试,η保持稳定,也显示出良好催化稳定性。为碱性OER电催化剂的设计提供了可行方案.