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。     

Mo2C@W2C@C的制备及其电催化性能影响因素研究

传统的贵金属催化剂因资源有限和价格昂贵问题限制其电解水产氢在实际生产生活中的应用,因此开发高效低成本的电催化剂是实现电解水大规模化应用的关键.非贵过渡金属不仅地球含量丰富、价格低廉,而且由于这类金属的碳化物形式具有类铂的电子结构从而对电解水析氢反应具有良好的催化性能.本文围绕钼和钨两种热稳定性良好、酸碱稳定性优异的过渡...     

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.     

氮掺杂炭锚定二氧化钛的制备及电催化氧还原性能

目前人们正在积极寻找非贵金属催化剂以取代昂贵的铂系氧还原反应催化剂.本文研究一种非贵金属催化剂TiO2分散在N掺杂碳(TiO2/N—C)上,其在碱性溶液中的ORR活性与20％(wt)Pt/C相当,其中,在0.1 mol/L KOH溶液中,TiO2/N-C表现出0.96 VRHE的起始电位和0.80 VRHE的半波电位;...     

Co/CFs的制备及其电催化析氢性能研究

以木质纤维素为基体,采用浸渍、高温碳化的方法制备了木质碳纤维负载的钴纳米颗粒(Co/CFs)电催化剂。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对样品的化学组成和微观形貌进行了表征分析,并借助电化学工作站测试了样品的电催化析氢性能。结果表明,CFs的引入有效缓解了Co纳米颗粒(Co NPs)易团聚的问题,有利于实现活性位点的最大程度暴露。当Co/CFs用作析氢催化剂,达到10 mA·cm^-2的电流密度时需要的过电位仅为250 mV,并可保持长达15 h的催化稳定性。     

金属有机骨架衍生的NiFe2O4/Co9S8复合催化剂的合成及其电催化析氧性能

以金属有机骨架(metal-organic frameworks, MOFs)化合物为前驱体, 通过退火、硫化等后续处理方法成功制备了由 NiFe₂O₄ 纳米棒与 Co₉S₈ 空心球组装而成的杂化纳米结构. 该复合催化剂因具有较大的比表面积以及各组分间强力的协同作用, 在电催化析氧反应(oxygen evolution reaction, OER)中表现出了优异的催化活性. 在 1 mol/L KOH 电解质中, 当电流密度达到 10 mA/cm² 时, 仅需 290 mV 的过电位, 且 Tafel 斜率仅为 63.02 mV/dec. 此外, 1 000 次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后仍然具有良好的催化活性, 表明该复合催化剂具有优异的稳定性. 研究成果不仅为设计廉价、高效且稳定的析氧催化剂提供了设计思路, 也为其他新型纳米复合材料的合成和应用奠定了基础.     

电沉积铁钴镍基催化剂及其氧析出性能的研究

能源需求的不断增加以及有害气体的排放带来了一系列能源和环境问题,寻求一种高效可持续的清洁能源来代替传统的石油迫在眉睫。作为最有前途的清洁能源,氢气可以通过电解水的技术制得,但是电解水的反应效率受到了氧气析出反应(OER)缓慢动力学的限制,因此发展具有高性能OER的电催化剂对电解水制取氢气的广泛应用具有积极的推动作用。Fe、Co、Ni等过渡金属氧化物或氢氧化物具有多种氧化态,可以促进反应中间体的结合,是优异的OER催化剂。采用电沉积的方法在碳布(CC)衬底上制备了Fe、Co、Ni的氢氧化物纳米片,对金属之间的比例进行了优化,最终得到的Fe₂Co₁Ni₂/CC催化剂具有良好的OER性能,当电流密度为10 mA·cm^-2时所需要的过电势较小,仅为285 mV。所得Fe₂Co₁Ni₂/CC还具有良好的稳定性,有望用于商业化电解水制氢气。     

钴掺杂硫化锌催化剂的制备及其电催化析氢性能

以硝酸钴、硝酸锌为主要原料,分别采用L-半胱氨酸和硫脲为硫源制备钴掺杂硫化锌,借助XRD、SEM、TEM等对其形貌及结构进行表征,并通过析氢实验探讨不同硫化方式对钴掺杂硫化锌电催化性能的影响。结果表明,以L-半胱氨酸硫化法制备的钴掺杂硫化锌催化剂结晶度高且具有更好的电催化析氢效果。     

La0.95FeO3-δ/C复合电极制备工艺对氧还原和氧析出催化性能的影响

为优化具有A位镧缺失的铁酸镧(La_(0.95)FeO_(3-δ))钙钛矿的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)双功能电催化性能,研究La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极中碳的形态、电极浆料制备方法和催化剂载量对双功能电催化性能的影响,并分析其影响机理.结果表明:当La_(0.95)FeO_(3-δ)与导电碳形成复合电极时,ORR和OER催化活性显著提高;La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极的电催化性能与碳的形态以及电极浆料制备方法密切相关,在超声分散-球磨-超声分散的最佳浆料制备方法下,当以EC600JD为导电碳,La_(0.95)FeO_(3-δ)与EC600JD的载量分别为0.6 mg/cm~2与0.12 mg/cm~2时,ORR和OER催化活性最佳.经过工艺优化的La_(0.95)FeO_(3-δ)/C复合电极具有优异的双功能电催化性能,且其制备简单、成本低,有望在锂氧电池等器件中得到应用.     

金属-有机框架材料催化析氧反应的研究进展

面对日益严峻的环境问题,我国提出了“碳中和、碳达峰”的宏伟目标,清洁能源是实现双碳目标的有效手段之一。电解水制氢是一种制备清洁能源的重要方法,然而,电解水过程中析氧反应的缓慢动力学和较高过电位是妨碍水裂解效率的关键因素。金属–有机骨架材料（metal-organic framework,MOF）由于其规整的微观结构、较大的比表面积和可调的孔径等优点,被认为是电解水制氢的优异催化剂。综述了MOF材料用于催化析氧反应的最新研究进展,分析了该类材料的设计策略和催化机制。系统归纳了MOF基催化剂的各种调制策略,包括结晶度调制、电子调制、缺陷调制以及形态调制,并且对MOF材料作为析氧反应催化剂面临的挑战和机遇做出了展望。     

MnO@CoMn$_{textbf{2}}$O$_{textbf{4}}$/N-C纳米线复合材料的制备及其作为锂离子电池阳极材料的电化学性能

过渡金属氧化物作为锂离子电池(lithium-ion batteries, LIBs)阳极材料时具有较高的理论容量, 但因其电导率低, 以及充放电过程中的体积膨胀效应常会导致容量的快速衰减. 碳包覆是提升金属氧化物导电性的有效方法, 二者之间的协同效应也可以有效提升材料的电化学性能. 以MnO$_{2}$纳米线为模板制备出MnO$_{2}$@ZIF-67有机-无机杂化纳米结构, 再通过退火处理合成了氮掺杂碳包覆的MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$纳米线复合材料(MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$@N-C). ZIF-67的有机配体在高温煅烧过程中发生碳化反应, 产生了氮掺杂碳, 提升了导电性. 当作为锂离子电池阳极材料时, MnO@CoMn$_{2}$O$_{4}$/N-C纳米线复合材料在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为1 594.6 mA$cdot$h/g, 并且在100次充放电循环后的放电比容量仍保持在 925.8 mA$cdot$h/g, 在0.5 A/g电流密度下经200次充放电循环后的放电比容量仍维持在837.6 mA$cdot$h/g, 同时具有优异的倍率循环性能. 这种优异的电化学储能特性主要来源于复合材料的特殊结构, 以及氮掺杂碳的包覆.     

金属有机骨架材料上气体吸附存储与分离的研究进展

对金属有机骨架(MOFs)材料的结构及合成方法做了简要概述;结合国内外研究现状详细介绍了MOFs材料在吸附存储与分离领域的研究进展,并对MOFs材料在该领域的应用进行了展望.     

Equilibrium,Kinetics and Thermodynamics of the Adsorption of Methylene Blue onto a Metal-Organic Frameworks Material,Copper Coordination Polymer with Dithiooxamide

The equilibrium, kinetics and thermodynamics of the adsorption of methylene blue （MB） from aqueous solution onto copper coordination polymer with dithiooxamide （H2dtoaCu） , one of the metal-organic frameworks （MOFs）, were investigated in a batch adsorption system as a function of initial pH, adsorbent concentration, contact time, initial dye concentration, and temperature. The Langmnir, Freundlich, and Dubinin- Radushkevich （D-R） isotherm models were used for modeling the adsorption equilibrium. It was found that Langmuir model yielded a much better fit than the Freundlich model under different temperatures. The maximum monolayer adsorption capacities of MB were 192.98, 229.86, and 297.38 mg/g at 298, 308, and 318 K, respectively. The calculated mean adsorption energy （8.26- 11.04 kJ/mol） using D-R model indicated that the adsorption process might take place by chemical adsorption mechanism. Otherwise, the kinetic studies revealed that the adsorption process could be well explained by pseudo-second-order rate kinetics and intraparticle diffusion was not the rate-limiting step. Thermodynamic studies indicated that this system was feasible, spontaneous, and endothermic process. Based on these studies, H2dtoaCu can be considered as a potential adsorbent for the removal of MB from aqueous solution.     

纳米孔洞金属-有机骨架材料对o,p-苯二酚的选择性催化氧化

以不同孔洞尺寸及不同中心离子的纳米孔洞金属-有机骨架材料M_3(BTC)_2(H_2O)x(M=Cu~Ⅱ,Zn~Ⅱ,Co~Ⅱ,Ni ~Ⅱ,BTC=benzene tricarboxylic acid苯三甲酸)为催化剂,采用动力学方法,讨论其对p-苯二酚和o-苯二酚的选择性催化氧化性能.重点考察了催化剂孔洞尺寸,骨架中心离子,催化反应介质,反应温度对催化选择性的影响,以期对MOFs材料的选择性催化动力学方面有比较全面的认识.     

金属-有机骨架(MOFs)的最新研究进展

作为一种新型的多功能分子基材料,金属-有机骨架化合物因其有机-无机杂化特性、结构上的有序性和可裁剪性、微孔性、特殊的光电磁性质及工业上的潜在运用而备受关注。它作为多孔材料,与无机或有机的多孔材料相比具有特殊的优势,是目前新功能材料研究领域的一个热点。文中概述了近些年发展起来的新兴领域:金属-有机骨架薄膜,发光金属-有机骨架材料及纳米级金属-有机骨架材料,对它们的研究进展及设计合成进行了总结。     

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.