刘景军
,
金学民
,
宋薇薇
,
王峰
,
王楠
,
宋夜
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60066-8|
以Vulcan XC-72炭黑为载体,通过对炭载体石墨化处理和表面化学修饰,将其与化学沉淀法制备的纳米级LaMnO3颗粒共混,再经特定温度下煅烧,制备出改性炭黑-LaMnO3复合材料. X射线光电子能谱和热重分析表明,当煅烧温度在300°C时,炭载体与LaMnO3纳米颗粒之间形成了大量C-O-M (M = La, Mn)化学键.扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜分析发现,纯相LaMnO3纳米颗粒主要呈现短棒、三支棒或竹节棒的形貌特征,炭载体则为具有完整石墨层的空心球结构, LaMnO3均匀分散在炭载体上.在25°C,1 mol/L NaOH溶液中的电化学测试结果表明,成分比(LaMnO3：C)为2：3的复合材料具有很高的氧还原电催化活性,氧还原反应电子数为3.81,中间产物H2O2产率为9.5%,其活性接近商业Pt/C催化剂(E-TEK).高的氧还原电催化活性主要归因于LaMnO3纳米颗粒与炭载体之间形成了大量共价键.
关键词:
锰酸镧
,
炭材料
,
电催化
,
共价复合
,
氧还原
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
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
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
邹志娟
,
程皓
,
王靖宇
,
韩喜江
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60223-0
为了克服传统Pt系催化剂价格昂贵、稳定性差的缺点，采用热解新型TiO2/聚苯胺(PANI)复合物的方法合成了TiO2/C催化剂。用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、透射电子显微镜、循环伏安法和线性扫描伏安法等方法研究了热处理和PANI复合比例对复合物的形貌、成键、晶相组成及氧还原性能的影响。结果表明， PANI与TiO2间存在相互作用，可以抑制TiO2的团聚和锐钛矿向金红石的转变。热处理制得TiO2/C的氧还原活性随着PANI载体含量增加先升高后降低， PANI和TiO2质量比为35/100时，催化剂的氧还原活性最高。同时，循环伏安和时间-电流曲线测试表明，已制备的复合材料在催化氧还原反应进行时具有较好的稳定性。
关键词:
聚苯胺
,
二氧化钛
,
热解
,
阴极催化剂
,
氧还原
严祥辉
,
张贵荣
,
徐柏庆
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60714-1
经过热解聚苯胺、碳和FeCl3的混合物制备的Fe-N-C材料在酸性电解质中对氧还原反应表现出高的催化活性；由于材料中不存在任何贵金属,因而被认为是一类新型非贵金属氧还原催化剂.然而这类催化剂在碱性电解质中催化氧还原反应的性能如何尚不清楚.本文使用旋转圆盘电极技术考察了制备的两个Fe-N-C催化剂在KOH水溶液中催化氧还原反应性能,发现这两个催化剂表现出比无金属的N掺杂碳材料更高的活性.与商业Pt/C催化剂相比,它们催化氧还原反应的起始电势和半波电势分别仅低60和40 mV左右,计时电流测试表明,它们比Pt/C催化剂显示出更好的稳定性.此外,在这两个Fe-N-C催化剂上的氧还原反应主要遵循四电子途径.本工作显示,Fe-N-C材料有望用于碱性燃料电池氧还原反应催化剂.
关键词:
铁-氮-碳
,
氧还原反应
,
阴极催化剂
,
聚苯胺
,
铁掺杂
,
碱性电解质
杨改秀
,
孙永明
,
袁振宏
,
吕鹏梅
,
孔晓英
,
李连华
,
陈冠益
,
陆天虹
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60023-1
研究了在空气阴极微生物燃料电池中修饰方法如硝酸处理和硝酸-氨水酸碱等对XC-72R作为阴极氧还原催化剂催化活性的影响，并且使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Boehm滴定法和X射线光电子能谱(谱(XPS)等手段对催化剂进行了表征。 FTIR测试证明硝酸处理可引入含氧基团氨水处理可引入含氮基团。另外，还测试了含有不同表面官能团的XC-72R对氧还原的活性，并将其作为阴极催化剂用在MFC中，测试了电池性能。实验表明，经酸碱修饰的XC-72R作为空气阴极MFC的催化剂具有很好的应用前景。
关键词:
微生物燃料电池
,
氧还原反应
,
碳粉
,
Vulcan XC-72R碳黑
,
表面改性
,
产电性能
马延文
,
刘忠儒
,
王博琳
,
朱磊
,
杨建平
,
李兴鳌
新型炭材料
doi:10.1016/S1872-5805(12)60016-X
采用微波-乙二醇方法还原氧化石墨烯和Pt(v)、Co(Ⅱ)粒子混合物,再经300℃H2还原,制备了石墨烯负载Pt-Co合金催化剂(Pt-Co/G).利用透射电镜、X-射线能谱、X-射线衍射和光电子能谱对所制催化剂进行表征.Pt-Co合金的粒径为3nm～8 nm,均匀地分散在石墨烯片上.与单金属的Pt/G和商品化的Pt/C催化剂相比,所制合金化的Pt-Co/G催化剂对氧还原反应展现出高的催化活性和可比拟的稳定性,显示了其在燃料电池中的应用潜力.
关键词:
石墨烯
,
Pt-Co合金纳米粒子
,
氧化还原反应
,
燃料电池
,
电催化剂
