李文震
,
周振华
,
周卫江
,
李焕巧
,
赵新生
,
汪国雄
,
孙公权
,
辛勤
催化学报
对比研究了用三种液相沉积还原法制备的20%Pt/C催化剂及在900 ℃下用H2还原处理的催化剂,并用XRD和TEM等技术表征了催化剂的粒子大小及粒径分布. 结果表明,用乙二醇还原法制备的Pt/C催化剂的平均粒径最小(约2.4 nm),且分布均匀. 应用旋转圆盘电极(RDE)法和直接甲醇燃料电池单池评价了Pt/C催化剂的氧还原反应(ORR)活性,探索了单池性能与催化剂粒径大小的关系. RDE测试结果表明,用甲醛还原法制备的Pt/C催化剂具有最高的ORR活性; 而单池测试结果表明,用乙二醇还原法制备的Pt/C催化剂显示出最高的ORR活性和最优的单池性能. 这可能是因为直接甲醇燃料电池中所需Pt/C催化剂最优粒径更小的缘故. 另外,研究了Cl-对Pt/C催化剂ORR活性的影响. 结果表明,少量Cl-即会显著降低Pt/C催化剂的ORR活性.
关键词:
旋转圆盘电极
,
直接甲醇燃料电池
,
铂
,
碳
,
负载型催化剂
,
阴极
,
氧还原反应
李赏
,
朱广文
,
邱鹏
,
荣刚
,
潘牧
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2011.01012
采用液相控制沉淀法制备了平均粒径约为10nm的C03O4/C催化剂,运用X射线衍射和透射电镜对催化剂进行了表征,通过循环伏安法和线性扫描伏安法测试了催化剂催化氧还原反应的性能.结果表明,在酸性条件下,C03O4/C对氧还原反应具有电催化活性.利用Koutecky-Levich理论计算得到了交换电流密度为1.1×10-9A/cm2,电子转移数为2.0569,表明氧还原过程是两电子还原过程.利用Materials Studio分子模拟软件对C03O4表面上氧吸附过程进行了模拟,计算得到了O和Co原子吸附前后的态密度、电子密度、键长和吸附能.结果表明,几何构型的限制使得O在Co活性点上只能发生端基吸附,吸附后O2p轨道和Co3d轨道重叠杂化,生成新的化学键.这主要是通过Co原子周围的电子向O原子周围富集来弱化O2中的π键,并活化未吸附端O原子,H+易从另一侧与未吸附端O原子形成新的化学键,发生二电子反应.
关键词:
液相控制沉淀法
,
氧还原反应
,
电催化
,
反应机理
,
吸附模式
,
碳
,
四氧化三钴
顾永万
,
马宝华
,
栗云彦
,
杨冬霞
,
赵云昆
,
卢军
,
刘锋
贵金属
能源危机和环境污染是车载燃料电池发展的主要驱动力。电催化剂的性能和成本是制约其实现商业化的关键因素之一。目前，车载燃料电池用催化剂主要是铂(Pt)基催化剂，文章对质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池和甲酸燃料电池三种车载燃料电池用铂基催化剂的研究进行综述，并对其存在的问题进行了分析和讨论。
关键词:
催化化学
,
车载燃料电池
,
电催化
,
Pt基催化剂
,
氧还原反应
杨立军
,
赵宇
,
陈盛
,
吴强
,
王喜章
,
胡征
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60713-X
以替代铂为目标的高性能廉价氧还原电催化剂的研究为当今科学前沿.近年来人们发现,掺杂的碳基纳米结构具有催化活性高、稳定性好、资源丰富、抗CO和抗甲醇能力强等优点,是一种新型无金属氧还原电催化剂,具有替代铂基催化剂的潜力.本文结合作者课题组的最新研究成果,简要综述了碳基无金属氧还原电催化剂研究的主要进展,重点关注了富电子氮和缺电子硼单/共掺杂的碳纳米结构的氧还原催化性能及其与电子结构的关系,展望了碳基无金属氧还原催化剂的发展策略与前景.
关键词:
氧还原反应
,
无金属电催化剂
,
碳基纳米结构
,
掺杂
王毅
,
曾湘安
,
刘鸿
,
宋树芹
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2011.00736
研究了催化剂浆液分散时间和分散剂等制备条件对Pt/C催化剂电化学活性的影响.结果表明,催化剂浆液的超声振荡时间和分散剂对Pt/C催化剂性能影响很大.当超声分散10 min时,对应的电化学性能最好;低于10 min时,催化剂的分散不够完全,性能较差;超声分散时间过长,则由于浆液温度升高使得样品颗粒团聚长大,导致Pt/C电化学催化能下降.在所考察的分散剂中,以乙醇分散制得的催化剂浆液对应的Pt/C电化学面积较大,其相应的氧还原反应活性较高.这可能是由于乙醉的极性和粘度系数小,以及超声过程中浆液温度较低等共同作用所致.
关键词:
铂
,
炭负载型催化剂
,
超声分散
,
分散剂
,
电催化活性
,
氧还原反应
刘影
,
赵红
,
闫世友
,
齐静
,
孙公权
催化学报
以NaBH4为还原剂,采用共还原法和分步还原法制备了粒径分布均匀的Pd/C和Pd-Co/C电催化剂.X射线衍射、透射电镜、电化学循环伏安和旋转厕盘电极等表征结果表明,与Pd/C电催化剂相比,两种方法制备的Pd-Co/C电催化剂的晶格常数明显缩小,其中分步还原法制备的电催化剂不仅具有良好的氧还原活性,而且表现了良好的耐甲醇性能.
关键词:
钯
,
钴
,
碳载催化剂
,
电催化剂
,
氧还原反应
,
直接甲醇燃料电池
张贵荣
,
徐柏庆
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60546-4
使用旋转电极技术考察了一系列碳载金纳米颗粒(颗粒平均尺寸处在3～14 nm)在碱性电解质(0.5 mol/L KOH)中对氧还原反应的催化行为,随着金纳米颗粒尺寸由14nm下降至3nm,其对氧还原反应的本征活性和质量比活性均呈现持续走高趋势;但金颗粒的纳米尺寸对氧还原反应的机理及分子氧还原过程中的电子转移数目并无显著影响,使用高分辨透射电镜技术表征了金纳米颗粒的形貌,通过对金颗粒表面不同位置原子的比例进行估算,发现金颗粒表面高能原子所占比例与金对氧还原反应的本征活性密切相关,表明高能表面原子决定着金催化剂对氧还原反应的本征活性.此外,还将金纳米颗粒对氧还原反应的本征催化活性与其表面电子结构进行了关联.
关键词:
金纳米颗粒
,
尺寸效应
,
氧还原反应
,
表面电子结构
,
碱性电解质
孟凡陆
,
李霖
,
吴中
,
钟海霞
,
李建忱
,
鄢俊敏
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60126-1|
数十年来，碳气凝胶因其在催化剂载体、电容器和锂电池电极材料以及吸附剂等领域的潜在应用而备受关注。然而，传统碳气凝胶的制备往往使用昂贵且有毒的前驱体，其方法也较为复杂，不利于大规模生产及应用。本文介绍了一种以细菌纤维素为前驱体制备氮掺杂碳纤维气凝胶的方法。该方法廉价高效，简单易行且对环境无害。所制气凝胶具有密度低、孔隙度高、比表面积大以及导电性良好等优点。它继承了细菌纤维素生物质优异的三维交联多孔结构的特点，可直接用作氧还原催化剂，表现出优异的催化性能，预示着其广泛的应用前景。这在该领域的应用报道尚属首次。
关键词:
碳纤维气凝胶
,
氮掺杂碳
,
氧还原反应
,
细菌纤维素
赵东江
,
马松艳
稀有金属材料与工程
以NiCl2和Se粉为原料,采用溶剂热法合成了NiSe2化合物.利用SEM、XRD技术对化合物的微观形貌和相结构进行了表征,化合物由立方结构的NiSe2晶粒组成,呈现出类似花椰菜的表面形貌.利用旋转圆盘电极研究了NiSe2化合物对氧还原反应的电催化性能.在0.5 mol/L H2SO4电解液中,NiSe2化合物对氧还原反应呈现明显的电催化活性,开路电位为0.80 V(vs.NHE).在0.63～0.77 V(vs.NHE)电位范围内,测定的交换电流密度为1.35× 105 mA/cm2.根据Koutecky-Levich方程计算出每个氧分子还原转移电子数约为3.8.
关键词:
聚合物电解质膜燃料电池
,
非贵金属催化剂
,
二硒化镍
,
氧还原反应
龙桂发
,
万凯
,
刘明尧
,
李小花
,
梁振兴
,
朴金花
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60912-3
氧还原反应是燃料电池及金属空气电池中极其重要的电化学反应之一,贵金属铂基催化剂被认为是最有效的氧还原反应电催化剂.然而,贵金属铂的资源稀缺以及高成本问题阻碍了相关技术的大规模应用,探索发展廉价高效的贵金属替代型催化剂是推动燃料电池发展的根本解决方案.近年来,人们在非贵金属催化剂开发方面取得了显著进展,其中新型纳米结构掺杂炭材料研究尤为活跃.氮杂有序介孔炭材料由于其高比表面积和独特的孔结构,在燃料电池技术上具有广泛的应用前景.在氮杂有序介孔炭材料的制备过程中,热解条件对炭材料组成、结构及电催化性能有着重要影响.然而,目前尚未见对氮杂炭材料制备过程中热解条件的影响进行系统研究.
本文采用我们发展的蒸汽化-毛细管冷凝法,以SBA-15为硬模板浸渍前驱体吡咯,制备出具有高比表面积和独特孔结构的氮杂有序介孔炭材料,系统研究了热解条件(包括热解温度、热解时间和升温速率)对炭材料组成、结构及电催化性能的影响,采用N2吸附-脱附等温线、X射线光电子能谱(XPS)及Raman光谱等方法考察了氮杂有序介孔炭材料的结构和组成,采用循环伏安法与旋转环盘电极研究了其电化学行为与氧还原反应电催化活性及选择性.
N2吸附-脱附等温线显示,氮杂炭材料对应IV型吸附-脱附等温线,孔径主要分布在2–10 nm,表明所制材料具有介孔结构.随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料比表面积先增加而后降低,热处理时间的延长有利于比表面积增大,但升温速率对所制炭材料比表面积没有明显影响,当升温速率为30 oC/min,900 oC焙烧3 h时,氮杂有序介孔炭材料的比表面积达到最大值888 m2/g. XPS测试结果表明,随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料中含氮基团的分解进一步加深,使N含量逐渐降低.延长热处理时间亦然,而升温速率的改变对N含量无明显影响.在热处理温度较低时(600 oC),所得材料中N主要以吡咯氮和吡啶氮的形式存在；当温度达到800 oC以上,吡咯氮转化为吡啶氮和骨架氮,且主要以骨架氮形式存在,说明氮杂有序介孔炭材料的石墨化程度逐渐升高. ；Raman光谱结果显示,随着热处理温度升高, ID/IG逐渐降低,进一步印证了温度对石墨化程度的影响.
电化学测试结果表明,随着热处理温度升高,氮杂有序介孔炭材料的氧还原反应电催化活性逐渐升高,但是当热处理温度从900 oC升至1000 oC时,氧还原反应活性增加很小；升温速率与热处理时间对氧还原反应电催化活性的影响均不明显.与商品Pt/C催化剂相比,900 oC以上所制催化剂均表现出更优异的氧还原电催化活性与选择性.由此可见,热处理温度是决定碳源热化学行为的关键因素,进而决定炭材料表面组成与结构.电化学研究结果表明,800 oC以上进行热处理碳化,所生成石墨化微晶可有效促进电子传递,降低欧姆极化损失,同时,较高的处理温度可促进骨架氮掺杂,从而构建出高效氧还原反应活性位点.因此,氮杂型炭催化剂的组成、结构与电化学性能更多地受控于热处理过程中的热力学,而非热解动力学过程.
关键词:
电催化剂
,
氮掺杂炭
,
有序介孔材料
,
氧还原反应
,
热解条件
