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
张玉晖
,
易清风
材料研究学报
将掺杂铁离子的聚苯胺(PANI)与碳纳米管(MWCNT)复合物在900℃加热,得到含铁的催化剂FeNC;然后将含钴盐的FeNC在不同温度下焙烧,得到复合催化剂FeCoNC.对催化剂的表观结构、比表面积、热稳定性、组成以及氧还原(ORR)电催化活性进行表征,研究了焙烧温度和氮含量等因素对其催化活性的影响.结果表明:随着焙烧温度的升高,催化剂的表面结构趋于均匀,焙烧温度为500℃的催化剂表面结构最为均匀平整,高于500℃时出现烧结;较高的氮含量能改善催化剂的ORR电活性.焙烧温度为500℃的催化剂对ORR的电催化活性最高,在酸性和碱性溶液中ORR的起始电位分别为0.63和-0.12 V(vs SCE),电流密度分别为11.67和9.83 mAmg1@-0.3 V(vs SCE),并具有较好的热稳定性和催化活性稳定性.分步加入Fe和Co,并在加Co后在500℃焙烧得到的催化剂对ORR具有优异的电催化活性.
关键词:
应用电化学
,
非贵金属催化剂
,
氧还原
,
聚苯胺
,
燃料电池
赵东江
,
马松艳
,
尹鸽平
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2013.12444
以C04(CO)12和Se为原料,采用低温回流方法在乙二醇介质中合成了CoSeO3化合物.利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和旋转圆盘电极(RDE)技术表征合成的化合物微观形貌、结构特征和电化学性能.这种化合物主要由单斜结构的CoSeO3·H2O晶粒组成,粒径大小约为26.7 nm,具有规则的晶体外形.在25℃,0.5 mol/L H2SO4电解液中,CoSeO3化合物对氧还原反应(ORR)表现出明显的电催化活性,开路电位为0.80 V(vs NHE).根据Koutecky-Levich方程计算出每个氧分子还原过程转移的电子数约为3.8.在0.64～0.76 V(vs NHE)电位范围内,测得催化剂的传递系数、Tafel斜率和交换电流密度分别为0.50、119 mV和1.98×10-6 mA/cm2.CoSeO3化合物的催化活性和电化学稳定性也与商品Pt催化剂进行了比较.
关键词:
非贵金属催化剂
,
亚硒酸钴
,
氧还原
,
聚合物电解质膜燃料电池
,
回流法
张玉晖
,
易清风
,
刘小平
,
向柏霖
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2014.13275
在Fe3+或C02+存在下进行吡咯的聚合反应,得到金属离子掺杂的聚吡咯,并在N2气氛下700℃碳化,再将该碳化产物在900℃焙烧得到含有不同金属的复合催化剂PPY-M(M为不同的金属).采用SEM、XRD等对催化剂的结构进行了表征.通过循环伏安和线性电位扫描等电化学手段,研究了催化剂对氧还原(ORR)的电催化活性及其稳定性.结果表明,掺杂金属钴的催化剂的活性最好,在酸性溶液中ORR的起始电位达到0.54 V(vs SCE),电流密度为7.5 mA/mg@-0.3 V(vs SCE);在碱性溶液中ORR的起始电位为-0.11 V(vs SCE),电流密度为5.7 mA/mg@-0.8 V.Fe或Co掺杂的聚吡咯碳化物对ORR具有较强的电催化活性,而且制备过程简单、成本低,有较重要的研究意义.
关键词:
聚吡咯
,
非贵金属催化剂
,
氧还原
,
燃料电池
曹朝霞
,
丁延敏
,
王志超
,
毛新欣
,
尹艳红
,
杨书廷
无机材料学报
doi:10.15541/jim20160437
首次以海藻酸钙纤维为载体制得层状-钙钛矿结构的Ca2MnO4钙锰氧化物(Ca-Mn-O),并以尖晶石结构的CaMn3O6为对比样,测试了样品作为电化学氧还原催化剂(ORR)的性能.通过XRD、FE-SEM、TEM和BET对材料进行表征,结果表明该层状-钙钛矿结构的氧化物具有内部相互交联的多孔网状结构和大的比表面积.电催化测试结果表明:Ca2MnO4氧化物具有明显的催化活性,高的极限扩散电流密度、接近四电子氧化还原以及在碱性溶液中较低产率的过氧化氢,说明这种廉价而丰富的ORR催化剂具有潜在的应用前景.Ca-Mn-O氧化物的催化活性(初始还原电位、极限电流密度以及电子转移数)很大程度依赖于表面Mn的氧化态和晶体结构.此外,大的比表面积和多孔网状结构,增多了氧还原反应的电催化活性位;高的氧空位浓度有利于氧还原反应的进行;合适的晶体结构具有开放的空间,有利于氧的吸附.
关键词:
海藻酸钙纤维
,
非贵金属催化剂
,
Ca2MnO4氧还原
,
燃料电池
白杨芝
,
衣宝廉
,
李佳
,
蒋尚峰
,
张洪杰
,
邵志刚
,
宋玉江
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)61104-4
关键词:
燃料电池
,
氧还原反应
,
非贵金属催化剂
,
金属有机骨架
,
碱性电解液
陈驰
,
周志有
,
王宇成
,
张雪
,
杨晓冬
,
张新胜
,
孙世刚
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62807-9
燃料电池是一种可将化学能通过电催化反应直接转化成电能的装置,具有能量密度高和清洁无污染等优点.燃料电池阴极氧还原反应(ORR)的动力学较迟缓,是电池能量效率损失的主要原因.目前ORR催化活性最高的是铂基催化剂,但由于贵金属铂价格昂贵,储量稀少,且对燃料小分子渗透的抗性较差,严重制约了燃料电池的大规模应用.因此,高性能、低成本的非贵金属催化剂成为燃料电池领域的研究热点.本文选用含氮量高达45％的三聚氰胺-甲醛树脂为碳源和氮源,Fe(SCN)3为铁源和硫源,以CaCl2为模板,在高温和铁的催化作用下将树脂碳化,经酸洗和二次热处理工艺,制备出铁、氮、硫共掺杂的多孔碳(FeNS-PC).干燥后的CaCl2颗粒可防止树脂在高温下交联形成块状碳颗粒,同时起到造孔模板的作用.CaCl2颗粒在温和条件下即可除去,无需强腐蚀性条件,因此不会对催化活性中心造成破坏.在Fe/N/C催化剂中掺杂S可进一步提高催化活性,不添加碳载体可避免低活性的碳载体降低质量活性,多孔结构可促进传质,充分利用活性位点.我们优化了热处理温度,并对催化剂的结构、组分及催化性能等进行了表征分析.结果表明,热处理温度为900℃时,可将树脂完全转化成多孔碳,并获得较高的杂原子掺杂量,可达到最优活性.CaCl2为模板剂可避免使用强腐蚀性试剂去除模板,有利于保留活性位,并得到多孔结构.FeNS-PC-900的比表面积可达775 m2/g.得益于原位掺杂的合成工艺,各掺杂元素在多孔碳表面均匀分布.在酸性介质中,FeNS-PC-900的半波电位可达到0.811V,仅比商业Pt/C催化剂低78 mV;在0.8V电位下的质量活性为10.2 A/g,表现出优异的催化活性.经过10000圈加速衰减测试后,其半波电位仅下降了20 mV,在0.75V电位下持续放电10000s后,其ORR电流仍保持初始电流的84.4％,具有比Pt/C更加优异的稳定性.以FeNS-PC-900为阴极催化剂的质子交换膜燃料电池的最大功率密度可达到0.49 W/cm2,并在0.6V电压下持续放电10h后,其电流仍可保持初始电流的65％,表现出良好的应用潜力.FeNS-PC-900具有高掺杂含量、高比表面积和多孔结构,并且杂原子在催化剂表面均匀分散,在半电池和燃料电池测试中都表现出优异的催化活性和稳定性,表明其是一种非常有潜力应用于燃料电池的非贵金属氧还原催化剂.
关键词:
非贵金属催化剂
,
氧还原反应
,
质子交换膜燃料电池
,
铁、氮、硫共掺杂多孔碳
,
三聚氰胺-甲醛树脂
