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.     

电解海水阴极析氢非贵金属电催化剂研究进展

氢能具有高能量密度、绿色可持续的优点,是人类社会的理想能源。电解海水制氢是未来氢能产业的战略方向,其中阴极析氢催化剂的活性和稳定性对电解海水制氢的发展至关重要。贵金属铂虽具备优异的析氢催化性能,但价格昂贵、资源有限,限制了其大规模应用。因此,对非贵金属催化剂的研究备受关注。从析氢反应原理入手,介绍了过电位、塔菲尔斜率、法拉第效率、比活性和质量活性等评价催化性能的几个重要参数,综述分析了多种非贵金属催化剂作为电解海水制氢阴极催化剂的研究现状,指出了目前电解海水制氢面临的问题,认为未来非贵金属催化剂规模化电解海水阴极析氢研究应从以下几方面开展：1）设计高活性和稳定性的非贵金属催化剂;2）优化非贵金属催化剂的制备工艺;3）利用先进测试表征手段辅助构建反应模型;4）深化理论计算机理方面的研究。     

Unveiling the role of Zn dopants in NiFe phosphide nanosheet for oxygen evolution reaction

Transition metal phosphides have been recognized as promising electrocatalysts for oxygen evolution reaction(OER) due to their low cost and high activity. However, the insufficient exposed active region limited the OER performance. Recently, the introduction of sacrificial dopants has been considered an effective strategy to enlarge the surface area. Herein, the Zn dopants are introduced in NiFe phosphide(NiFeZnP) nanosheet, which work as the sacrificial dopants to generate more exposed active N...     

提升Pd基电催化剂氧还原活性的策略

氧还原反应(ORR)是许多电化学相关技术的核心反应,许多研究致力于制备同时具备高活性、高稳定性和低成本的催化剂.Pd基纳米材料由于其相对较优的催化性能和相对丰富的储量,有望成为Pt的替代品,受到了广泛关注,但要达到商品化程度,其性能需进一步提高.本文以Pd基催化剂应用于ORR电催化为背景,综述了近年来Pd基催化剂ORR...     

Low-dimensional catalysts for oxygen reduction reaction

Developing highly efficient electrocatalysts to facilitate the sluggish cathodic oxygen reduction reaction (ORR) is a key challenge for high-performance fuel cells. Low-dimensional materials have attracted great attention recently because of their unique structure and properties. In this review, the application of zero-dimensional (0D), one‐dimensional (1D), and two‐dimensional (2D) materials in ORR are discussed and particular attention is given to the relationship between their structure and the ORR activity. Graphene-based materials, transition metal dichalcogenides, transition metal oxide, nanotubes, nanoribbons, nanowires, and single-atom ORR catalysts are introduced and classified by their geometric dimension.     

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。     

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．      

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。     

Carbon-free nanoporous gold based membrane electrocatalysts for fuel cells

Nanoporous gold(NPG) membranes made by dealloying consist of a bicontinuous network of Au ligaments and open pore channels, which have gained considerable attention as a platform for the design of carbon-free electrodes for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs). Benefiting from a unique combination of high electronic conductivity, high surface area, and modifiable surface chemistry, these self-supporting membrane type electrodes allow integration of various structural functions required fo...     

Carbon-nitrogen/graphene composite as metal-free electrocatalyst for the oxygen reduction reaction

Sheet-like carbon-nitrogen (CNx)/graphene composites with a high content of nitrogen (x≤0.15) was prepared by the carbonization of polypyrrole (PPy)/reduced-graphene-oxide (rGO) composite at 600-800°C. We used rGO instead of graphene oxide (GO) sheets as a template and a substrate to immobilize PPy since the PPy/GO composite agglomerates easily because of the dehydration of excess oxygen-containing groups on the GO sheets during the drying process. The dried PPy/rGO intermediate and its derived CNx/graphene products retain their high dispersion and loose-powder features. The as-prepared CNx/graphene composites have a total nitrogen content of about 10 at% and their nitrogen state is mainly of pyridinic and graphitic type. CNx/graphene composites exhibit excellent performance for the oxygen reduction reaction (ORR) in terms of electrocatalytic activity, stability and immunity towards methanol crossover and CO poisoning, suggesting their potential as metal-free electrocatalysts for the ORR.     

Multiple metallic dopants in nickel nanoparticles for electrocatalytic oxygen evolution

Developing efficient oxygen evolution reaction(OER) electrocatalysts is of great importance for sustainable energy conversion and storage. Ni-based catalysts have shown great potential as OER electrocatalysts, but their performance still needs to be improved. Herein, we report the multiple metal doped nickel nanoparticles synthesized via a simple oil phase strategy as efficient OER catalysts. The FeMnMoV–Ni exhibits superior OER performance with an overpotential of 220 mV at 10 mA cm^-2     

Bi掺杂的直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展

发展可替代能源对缓解全球能源问题具有重要意义。直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell,DMFC) 因其工作温度低、能量密度高以及污染物排放少等特性,正逐渐成为最有发展前景的便携式能源技术之一。目前,其商业化进程主要取决于甲醇氧化反应(methanol oxidation reaction,MOR) 的动力学快慢、催化剂的成本和寿命。Bi元素的掺杂可以极大地提高甲醇电催化氧化的性能,并且可以提高阳极催化剂抵抗CO中毒的能力。介绍了掺杂Bi的贵金属和非贵金属阳极电催化剂,以及贵金属掺杂Bi₂O₃、Bi₂WO₆ 等光辅助电催化剂;综述了它们提高甲醇电催化氧化性能的机制,并展望了阳极Bi电催化剂在DMFC中所面临的机遇和挑战。     

尖晶石结构氧化物材料的制备及红外光谱研究

以铜、铁、锰的氧化物和Co(NO3)2·6H2O为原料,在1150℃的温度下采用固态反应法,制备了尖晶石结构为主相的氧化物材料,研究了处理温度、厚度、配比、颗粒度等对红外发射率的影响.材料的高温红外发射率可能归因于氧化物材料的尖晶石结构.     

几种钙钛石型氧化物催化剂的制备及性能

对钙钛石型氧化物催化剂进行分类，探讨催化剂元素组成、结构与性能间的关系，并介绍了多种催化剂的制备方法，在对氧化物反应法、盐分解法、共沉淀法及无定形羟酸前驱体进行分析研究的基础上发现，由于无定形苹果酸前驱体法具有制备温度较低、催化剂比表面积大、工艺过程简单的特点，是最佳的合成方法之一。     

纳米WO3材料NO2气敏特性的研究

通过热分解法 ,制备获得纳米WO3 材料 ,以此WO3 为气敏材料 ,应用溶胶凝胶法 ,制备纳米SiO2 掺杂材料 ,研制NO2 气敏元件 .该元件对NO2 气体有较高的灵敏度和较好的选择性 .利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪 ,分析材料的微观结构 ,进行气敏特性机理探讨 .     

热滞后对溶胶-凝胶法合成氧化铋超微粉的影响

以硝酸铋和柠檬酸为起始反应物,采用溶胶-凝胶法合成了氧化铋超微粉.研究了凝胶煅烧温度和时间对最终产物的成分、结构和形貌的影响.结果表明,由于干凝胶煅烧过程中的热滞后,在500℃煅烧1 h,得到的主要产物为亚稳β-Bi2O3纳米片,平均厚度约为45 nm;500℃煅烧3 h,或600℃煅烧1 h,均得到稳定相-αBi2O3微粉.所得纳米片可能是由于凝胶的模板作用可以有效抑制热解过程中晶粒的长大和团聚而致.     

FeCo-based hybrid MOF derived active species for effective oxygen evolution

Metal-organic frameworks(MOFs) have been regarded as promising catalyst materials due to the richness of coordinately unsaturated metal sites on the surface,which can act as catalytic active centres.In this study,a hybrid MOF material composed of Fe-based MOF and Co-based MOF was prepared with the involvement of graphene oxide nanosheets as additive.It was demonstrated that the hybrid MOF materials showed much higher electro-catalytic activity towards oxygen evolution than the single-phase counterparts.To drive current density of 10 mA cm~(-2),the hybrid CoFe-based MOF only needed an over potential of 290 mV in 1 M KOH.The catalytic activity could sustain for a longer time with only slight current density decrease.During oxygen evolution operation,the MOF catalyst evolved into catalytic active species but kept well the microscale sheet-like structure.It is thus believed that this study will provide an avenue for the development of advanced electrocatalysts.     

氯化铵浸取制备活性氧化锌

本文报道了利用氯化铵作为浸取剂,制备活性氧化锌的实验研究结果。对浸取、除杂、水解、锻烧等重要步骤进行了研究。结果表明本工艺具有适应性强、流程简单、锌回收率高的特点。     

CuO微米梭的制备及其电化学性能研究

尽管各种各样的CuO纳米结构已被广泛应用于锂离子电池负极材料的研究,但将CuO微米梭作为锂离子电池负极材料却鲜有报道. 运用简单的溶剂热法制备大量的CuO微米梭,并用作锂离子电池负极材料. 实验表明,CuO微米梭在电流密度为100 mA g-1下充放电循环100次后,放电容量依然保持在484 mAh g-1. CuO微米梭优异的电化学性能归功于其独特的梭形结构. 这种结构在锂离子电池充放电过程中可以缩短锂离子和电子的传输距离,缓解体积膨胀效应.     

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.