廖建华
,
丁炜
,
陶思成
,
聂瑶
,
李巍
,
吴光平
,
陈四国
,
李莉
,
魏子栋
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61064-6
质子交换膜燃料电池(PEMFC)因能量转化率高、电流密度大、对负荷响应快及环境友好等优点而应用前景广阔.然而, Pt基催化剂的大量使用使得 PEMFC成本居高不下,阻碍了其商业化进程.金属 Ir具有良好的稳定性和相比 Pt较低的成本,可替代金属 Pt催化燃料电池阳极氢氧化反应.但是, Ir基催化剂的催化活性比 Pt低,难以满足商业化要求.通过合金调控 Ir纳米晶的电子结构和几何结构是降低 Ir用量、提高 Ir催化剂氢氧化活性的有效方法.
本文研究了 Ir基合金纳米晶中合金元素(Fe, Ni, Co)所产生的合金效应在酸碱性介质中对催化氢氧化的影响.采用溶剂蒸发-氢气还原法合成了具有相近合金度且平均粒径小于5 nm的 IrFe, IrNi和 IrCo纳米合金催化剂.电化学测试表明, IrNi合金催化剂具有最高的催化氢氧化活性.在酸性介质中, IrNi合金催化剂的质量比活性达到152 A/gIr (@0.1 V vs RHE),高于 IrFe (146 A/gIr)和IrCo (133 A/gIr)合金催化剂以及商业化 Pt/C催化剂(116 A/gPt).而在碱性介质中, Ir基合金催化剂活性较酸性介质中低,各合金催化剂优劣次序与酸性介质中一致.结构分析表明,合金化致使 Ir晶格收缩,收缩程度以 IrFe, IrNi和 IrCo的顺序依次降低. IrNi合金催化剂中 Ni合金元素诱导 Ir发生晶格收缩适中,使催化剂与中间物种(Had, OHad)的相互作用适度,从而获得最优的催化性质.另外,合金效应在不同 pH介质中影响不一：在酸性介质中,由合金元素(Fe, Ni, Co)导致的 Ir–Had相互作用弱化是提高氢氧化活性的主要原因；在碱性介质中,催化剂表面的亲氧效应决定了电极表面的 OHad吸/脱附性质和 Had表面覆盖度,从而影响催化氢氧化活性.
关键词:
合金效应
,
氢氧化反应
,
铱合金
,
晶格收缩
,
燃料电池
刘灿
,
魏子栋
,
张骞
,
胡宝山
,
齐学强
,
陈四国
,
丁炜
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2012.00395
采用直流反应磁控溅射的方法在普通玻璃上沉积得到Cu2O、TiO2和Cu2O/TiO2复合薄膜. 用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对薄膜的晶体结构、表面形态和薄膜元素组成进行了分析. XRD结果表明, 当反应溅射时间为5 min时, Cu2O薄膜由单一的(111)晶面组成; 反应时间的延长促进了Cu2O(110)和(220)晶面的生长. 通过计算得出Cu2O(111)更有利于对O2的吸附. 进一步使用氙灯作为光源, 用薄膜对亚甲基蓝(MB)的降解率来表征光催化活性. 结果表明, Cu2O/TiO2复合薄膜的光催化效果随着Cu2O含量的增加升高而后降低, 当Cu2O含量为2.6mol%时, 光催化活性最高. 光催化效率的提高主要归因于Cu2O的加入引起光生电子-空穴的分离, 而过量的Cu2O会延长光生电子迁移到Cu2O/TiO2界面和空穴迁移至表面所需要的时间, 使电子和空穴复合的几率增大, 从而降低了量子效率.
关键词:
磁控溅射; 氧化亚铜; 复合薄膜; 光催化
陈四国
,
薛云
,
张文贵
,
李莉
,
丁炜
,
齐学强
,
魏子栋
表面技术
目的：制备一种具有高稳定性和高催化活性的Pt/C@PANI“核/壳”结构催化剂。方法利用原位化学氧化聚合法制备聚苯胺修饰Pt/C@PANI“核/壳”结构催化剂,采用循环伏安加速寿命实验,结合电化学活性表面积、氧还原活性、X-射线光电子能谱和透射电镜,考察所制备催化剂的活性和稳定性,通过密度泛函理论探究PANI增强Pt/C催化剂活性和稳定性的量子化学本质原因。结果电化学测试表明,Pt/C@PANI催化剂的催化活性与聚苯胺包覆层含量和厚度密切相关,Pt/C@PANI(30%)催化剂具有最好的催化活性,其质量比活性和比表面比活性分别为商业化Pt/C催化剂的1.6和1.8倍。加速寿命实验表明,Pt/C@PANI(30%)催化剂具有很好的稳定性,经过1500圈CV扫描后,其电化学活性表面积仅下降了30%,而商业化Pt/C催化剂降低了83%。理论计算表明,PANI将电子转移给载体C,导致自身空穴增加,PANI部分氧化,导电性增强；PANI的存在使Pt/C@PANI体系的HOMO能级升高,减小了与氧气分子LUMO能级的差异,有利于电子从催化剂HOMO转移到氧分子的LUMO轨道,使得氧容易得到电子；PANI吸附后,Pt原子d带中心显著降低,利于中间物种的脱附,催化活性更高。结论 PANI包覆层抑制了Pt纳米粒子在载体表面的迁移、团聚长大和溶解/再沉积,有效地解决了Pt/C催化剂的Ostwald肿大,催化剂的活性和稳定性得到显著提升。
关键词:
燃料电池
,
氧还原反应
,
电催化剂
,
稳定性
,
聚苯胺
刘灿
,
魏子栋
,
张骞
,
胡宝山
,
齐学强
,
陈四国
,
丁炜
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2012.00395
采用直流反应磁控溅射的方法在普通玻璃上沉积得到Cu2O、TiO2和Cu2O/TiO2复合薄膜.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对薄膜的晶体结构、表面形态和薄膜元素组成进行了分析.XRD结果表明,当反应溅射时间为5 min时,Cu2O薄膜由单一的(111)晶面组成；反应时间的延长促进了Cu2O(110)和(220)晶面的生长.通过计算得出Cu2O(111)更有利于对O2的吸附.进一步使用氙灯作为光源,用薄膜对亚甲基蓝(MB)的降解率来表征光催化活性.结果表明,Cu2O/TiO2复合薄膜的光催化效果随着Cu2O含量的增加升高而后降低,当Cu2O含量为2.6mo1％时,光催化活性最高.光催化效率的提高主要归因于Cu2O的加入引起光生电子-空穴的分离,而过量的Cu2O会延长光生电子迁移到Cu2O/TiO2界面和空穴迁移至表面所需要的时间,使电子和空穴复合的几率增大,从而降低了量子效率.
关键词:
磁控溅射
,
氧化亚铜
,
复合薄膜
,
光催化
洪燕
,
季孟波
,
刘勇
,
魏子栋
电镀与涂饰
doi:10.3969/j.issn.1004-227X.2005.05.006
为了取代重污染的六价铬电镀,实现清洁生产,保护生态环境,人们开发了三价铬电镀工艺和代铬工艺.介绍了三价铬电镀和代铬电镀工艺及其性能特点,提出了三价铬电镀的研究方向.硬铬镀层以硬度高达800～1 000 HV成为最硬的镀层,复合镀层目前作为主要的代硬铬层,概述了其研究动态,同时分析了三价铬镀硬铬镀层厚度在电镀一定时间后镀层不再增厚的原因.
关键词:
电镀
,
三价铬
,
代铬工艺
,
六价铬
,
硬铬
张捷
,
魏子栋
,
王春辉
,
卞鹏
,
翁小龙
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2010.01303
采用固相合成工艺, 制备了铁掺杂、钛掺杂及铝/钛二元掺杂三类Cr2O3颜料, 利用XRD、紫外/可见/近红外分光光度计、Color CIE色度分析软件等方法对颜料物相结构、可见/近红外反射率、颜色参数等进行了测试和表征, 初步探讨了Cr2O3颜料结构与近红外反射率、颜色之间的相互关联. 结果表明, 所有样品均呈单相刚玉结构, 但结晶强度和晶粒大小随掺杂元素有所差异; 相比未掺杂Cr2O3颜料, 掺铁样品的近红外反射率出现下降, 而掺钛Cr2O3颜料的反射率则明显提高, 其中铝/钛二元掺杂样品在Al(OH)3含量3.4wt%、TiO2含量1.07wt%时, 实现700~2500nm波段平均反射率87%, 2500nm处最大反射率99%. 掺钛Cr2O3材料近红外波段反射率的显著增加, 主要归因于掺钛Cr2O3晶粒尺寸的增大以及Cr3+局域电子环境的改变.
关键词:
Cr2O3
,
pigment
,
dope
,
NIR reflectance
季孟波
,
洪燕
,
何安国
,
蔡杭锋
,
魏子栋
电镀与精饰
doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2005.05.005
综述了功能梯度材料的概念、性能、研究动态及最新进展.总结了功能梯度材料的各种制备方法.重点探讨了采用复合电镀技术制备功能梯度材料的方法.该方法成本低,易于操作,所得镀层孔隙率低,结合力好,耐磨,耐蚀性好,具有广阔的应用前景.
关键词:
功能梯度材料
,
复合电镀
,
复合镀层
,
自润滑
洪燕
,
季孟波
,
何安国
,
魏子栋
电镀与精饰
doi:10.3969/j.issn.1001-3849.2005.04.005
介绍了三价铬电镀的工艺特点,重点介绍了三价铬电镀中杂质的去除和镀硬(厚)铬工艺.三价铬电镀对杂质非常敏感,极少量的杂质就会大大恶化镀层质量.常采用沉淀法、离子交换树脂、螯合剂等方法来除去杂质;另外,三价铬不能镀厚铬也是目前面临的一大难题,原因之一是因为阴极上有大量的氢气析出,pH升高,从而Cr3+形成氢氧化物,附着在镀件表面,致使镀层不致密,易脱落而无法增厚;此外,Cr3+氧化产物Cr6+还会毒化镀液.因此,要镀上厚铬,就必须对镀液进行调整,如降低pH,或选择更好的缓冲剂等方法.
关键词:
三价铬电镀
,
六价铬 电镀
,
代六价铬
张捷
,
魏子栋
,
王春辉
,
卞鹏
,
翁小龙
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2010.01303
采用固相合成工艺,制备了铁掺杂、钛掺杂及铝/钛二元掺杂三类Cr2O3颜料,利用XRD、紫外/可见/近红外分光光度计、Color CIE色度分析软件等方法对颜料物相结构、可见/近红外反射率、颜色参数等进行了测试和表征,初步探讨了Cr2O3颜料结构与近红外反射率、颜色之间的相互关联.结果表明,所有样品均呈单相刚玉结构,但结晶强度和晶粒大小随掺杂元素有所差异;相比未掺杂Cr2O3颜料,掺铁样品的近红外反射率出现下降,而掺钛Cr2O3颜料的反射率则明显提高,其中铝/钛二元掺杂样品在Al(OH)3含量3.4wt%、TiO2含量1.07wt%时,实现700～2500nm波段平均反射率87%,2500nm处最大反射率99%.掺钛Cr2O3材料近红外波段反射率的显著增加,主要归因于掺钛Cr2O3晶粒尺寸的增大以及Cr3+局域电子环境的改变.
关键词:
Cr2O3
,
颜料
,
掺杂
,
近红外反射率
