柔性ZnNi/Al-LDHs/碳纤维复合材料的制备及光-电催化特性

本文采用电化学方法,制备了一种便于回收和分离的柔性锌镍/铝层状双羟基/碳纤维(ZnNi/Al-LDHs/CFs) 复合材料. 采用X 射线衍射、红外光谱、场发射扫描电镜、电感耦合等离子体原子发射光谱和电化学阻抗光谱技术表征了ZnNi/Al-LDHs/CFs 复合材料的结构、形貌和光电催化性能. 与单独使用Zn/Al-LDHs/CFs 作为光催化剂或Ni/Al-LDHs/CFs 作为电催化剂相比较,ZnNi/Al-LDHs/CFs 复合材料显示了良好的光-电双功能催化特性,既可被用作乙醇和甲醇氧化的电催化剂,也可光电协同催化 2,6-二氯苯酚降解.     

Cu@Pt/MWCNTs-MnO2电催化剂的制备及电催化性能研究

通过浸渍还原法,以乙二醇作为还原剂,以H2PtCl6 6H2O作为Pt的前驱体制备了Cu@Pt/MWCNTs核壳型电催化剂;通过水热法,以KMnO4和Mn(NO3)2作为锰源制备了α-MnO2和β-MnO2,并把Cu@Pt/MWCNTs核壳型电催化剂与二氧化锰进行掺杂制得Cu@Pt/MWCNTs-MnO2复合材料.利用XRD,SEM,TEM对复合材料的结构和形貌进行表征,利用循环伏安测试曲线和阴极极化曲线等电化学测试方法对电催化剂的性能进行测试.结果表明,电催化剂中Cu@Pt纳米颗粒为核壳型,粒径为6～8 nm,MnO2的晶型为α-MnO2和β-MnO2;另外,Cu@Pt/MWCNTs-MnO2复合材料具有良好的催化性能,其中Cu@Pt/MWCNTs-β-MnO2电催化剂的电化学性能较好,具有较大的电化学活性面积,为71.1 m2 g-1,同时对MnO2促进氧还原的机理进行了初步探讨.     

环己醇在Ti/Ni/NiO电极上的催化氧化

采用热分解和电沉积方法制备了Ti/Ni/NiO电极,用循环伏安技术对碱性溶液中环己醇在该电极上的催化氧化进行了初步研究,重点考察了扫描速度和环己醇浓度等对环己醇氧化的影响.结果表明,在碱性溶液中,环己醇在Ti/Ni/NiO电极上的催化氧化过程遵循电催化机理.初步认为,NiO首先被氧化为NiOOH,NiOOH再与环己醇发生还原反应生成己二酸和NiO,因此,NiOOH可作为较好的催化环己醇氧化反应的催化剂.     

一种三叶草型氧化铝/碳纳米纤维复合材料的制备及表征

采用催化化学气相沉积法, 以Ni为催化剂、乙烯作为碳源, 制备了三叶草型氧化铝/碳纳米纤维复合材料, 并通过N2物理吸附、扫描电子显微镜、X射线衍射分析和强度测试对氧化铝/碳纳米纤维复合材料的形貌和物理性能进行了表征. 结果表明, 三叶草型氧化铝表面生长了碳纳米纤维层, 两者紧密结合, 形成的氧化铝/碳纳米纤维复合材料具有较高的比表面积(>187 m2·g-1)和孔体积(>0.24 cm3·g-1), 孔道直径在3-10 nm 的孔体积超过总孔体积的85%, 颗粒的侧压强度大于6 N·mm-1, 可以满足工业催化剂载体对强度的要求. 复合材料是一种有良好的工业应用前景的中孔催化材料, 其中碳纳米纤维层的厚度可通过催化剂Ni负载量和生长时间的调节加以控制.     

CeO_2修饰的Pt/Ni催化剂在碱性溶液中对乙醇电催化氧化性能的增强（英文）

有机小分子直接燃料电池具有高能量密度和转换效率、易贮存及运输方便等优点.在过去几十年,有机小分子化合物尤其是乙醇的电催化氧化引起了研究者的关注,高活性和稳定性及低价格的电催化剂的设计和制备一直是乙醇燃料电池的研究热点.本文采用复合电沉积方法制备了Ni和CeO_2复合镀层,然后利用Ni置换铂前驱体中Pt的方法制备了纳米CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂(Pt/Ni-CeO_2).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等手段表征了所制样品的组成和相结构、表面形貌及组成成份.XRD结果表明,所制Pt/Ni催化剂主要是PtNi合金相结构.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO_2催化剂的XRD峰强明显变弱,表明纳米CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂的结晶性较差或者其晶体颗粒较小.这可能是由于CeO_2的共沉积阻止了Ni纳米颗粒的进一步生长或团聚.当电镀液中CeO_2含量为50和100 mg/L时,所制Pt/Ni-CeO_2催化剂样品Pt/NiCel和Pt/NiCe2的XRD谱上未观察到CeO_2相关的衍射峰,这主要可归因于催化剂中沉积的CeO_2量少或其高度分散.随着电镀液中CeO_2浓度进一步增大到200mg/L时,在Pt/Ni-CeO_2催化剂(Pt/NiCe4)的XRD谱上出现了CeO_2相关的衍射峰.这表明采用复合电沉积-化学还原法可以成功制备CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂.SEM结果显示,所制催化剂都是由团聚状态的纳米颗粒组成,并且Pt/NiCe_2表现出比Pt/Ni更开放的微结构,从而有利于反应物扩散至催化剂内部.该结果进一步表明共沉积的CeO_2对所制Pt/Ni催化剂微结构的影响.此外,EDS结果也证实成功制备了CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂.采用多次循环伏安、电流时间曲线和电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了所制电催化剂的电化学性能.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO_2催化剂表现出更好的电催化氧化乙醇活性和稳定性,这可能与CeO_2的贮氧特性及其共沉积增大了电极的粗糙度有关.红外光谱测试结果表明,在CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂催化氧化乙醇过程中,CH_3COO~-可能是乙醇氧化的主要产物.在所制催化剂中,CeO_2含量影响其电催化氧化乙醇性能.循环伏安和电流时间曲线测试结果表明,随着催化剂中CeO_2含量增大,催化剂活性先增加后减弱.电化学阻抗谱结果表明,随着CeO_2含量增大,CeO_2修饰的Pt/Ni电催化剂的接触电阻先增大后变小再变大;而电荷转移电阻不断变小.在电解液中含有100 mg/L CeO_2时所制电催化剂(Pt/NiCe2)具有最佳的电催化氧化乙醇活性和稳定性.这主要与CeO_2的贮氧功能、Pt与CeO_2/Ni间的相互作用和其较小的接触电阻和电荷转移电阻有关.该结果可为设计和制备低价格、高活性乙醇燃料电池中的催化剂提供思路.     

CeO2修饰的Pt/Ni催化剂在碱性溶液中对乙醇电催化氧化性能的增强

有机小分子直接燃料电池具有高能量密度和转换效率、易贮存及运输方便等优点.在过去几十年,有机小分子化合物尤其是乙醇的电催化氧化引起了研究者的关注,高活性和稳定性及低价格的电催化剂的设计和制备一直是乙醇燃料电池的研究热点.本文采用复合电沉积方法制备了Ni和CeO2复合镀层,然后利用Ni置换铂前驱体中Pt的方法制备了纳米CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂(Pt/Ni-CeO2).采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等手段表征了所制样品的组成和相结构、表面形貌及组成成份.XRD结果表明,所制Pt/Ni催化剂主要是PtNi合金相结构.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO2催化剂的XRD峰强明显变弱,表明纳米CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂的结晶性较差或者其晶体颗粒较小.这可能是由于CeO2的共沉积阻止了Ni纳米颗粒的进一步生长或团聚.当电镀液中CeO2含量为50和100 mg/L时,所制Pt/Ni-CeO2催化剂样品Pt/NiCe1和Pt/NiCe2的XRD谱上未观察到CeO2相关的衍射峰,这主要可归因于催化剂中沉积的CeO2量少或其高度分散.随着电镀液中CeO2浓度进一步增大到200 mg/L时,在Pt/Ni-CeO2催化剂(Pt/NiCe4)的XRD谱上出现了CeO2相关的衍射峰.这表明采用复合电沉积-化学还原法可以成功制备CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂.SEM结果显示,所制催化剂都是由团聚状态的纳米颗粒组成,并且Pt/NiCe2表现出比Pt/Ni更开放的微结构,从而有利于反应物扩散至催化剂内部.该结果进一步表明共沉积的CeO2对所制Pt/Ni催化剂微结构的影响.此外,EDS结果也证实成功制备了CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂.采用多次循环伏安、电流时间曲线和电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了所制电催化剂的电化学性能.与Pt/Ni相比,Pt/Ni-CeO2催化剂表现出更好的电催化氧化乙醇活性和稳定性,这可能与CeO2的贮氧特性及其共沉积增大了电极的粗糙度有关.红外光谱测试结果表明,在CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂催化氧化乙醇过程中,CH3COO?可能是乙醇氧化的主要产物.在所制催化剂中,CeO2含量影响其电催化氧化乙醇性能.循环伏安和电流时间曲线测试结果表明,随着催化剂中CeO2含量增大,催化剂活性先增加后减弱.电化学阻抗谱结果表明,随着CeO2含量增大,CeO2修饰的Pt/Ni电催化剂的接触电阻先增大后变小再变大;而电荷转移电阻不断变小.在电解液中含有100 mg/L CeO2时所制电催化剂(Pt/NiCe2)具有最佳的电催化氧化乙醇活性和稳定性.这主要与CeO2的贮氧功能、Pt与CeO2/Ni间的相互作用和其较小的接触电阻和电荷转移电阻有关.该结果可为设计和制备低价格、高活性乙醇燃料电池中的催化剂提供思路.     

Cu/Zn、Cu/Zn/Ni催化剂甲醇部分氧化制氢

研究了甲醇在Cu/Zn及Cu/Zn/Ni催化剂上部分氧化热耦合裂解制氢的反应,系 统地考察了不同O2/CH3OH比及反应温度下催化剂性能.当O2/CH3OH=0.2时,催化剂的性能最 佳.在同样条件下, Cu/Zn催化剂对CO的选择性较Cu/Zn/Ni催化剂低,更具优势. Cu/Zn催化 剂用于甲醇部分氧化反应时,甲醇转化率在150 h寿命实验中基本保持在90％左右. XRD谱图 表明Cu/Zn合金的生成是导致Cu/Zn系催化剂在甲醇裂解反应中快速失活的主要原因,而在部 分氧化反应中, O2的存在可抑制Cu/Zn合金的生成,使Cu/Zn催化剂表现出高度的稳定性.     

双功能复合材料g-C3N4/CdS/Ni催化光解水产氢和5-羟甲基糠醛氧化性能

采用高温煅烧法、 原位生长法和光还原法分三步制备出双功能复合光催化剂g-C₃N₄/CdS/Ni. 材料中CdS的引入可以增强光生电子和空穴的分离效率, Ni可以进一步提高光致产氢速率. 在以三乙醇胺(TEOA)为电子给体的水溶液中对所制备的材料进行了催化产氢性能测试, 并对材料中CdS的含量进行了优化. 结果表明, 25% (质量分数)CdS负载量的复合材料催化产氢性能最佳, 其催化产氢速率为4134.5 μmol·g^-1·h^-1, 是 g-C₃N₄/Ni催化产氢速率的115倍. 且Ni是一种良好的质子催化剂. 在此基础上, 以5-羟甲基糠醛(HMF)替代TEOA作为体系的电子给体, 其可以被选择性地催化氧化为增值化学品2, 5-二甲酰基呋喃(DFF). 当体系中HMF的转化率为82.3%, DFF的选择性为69.4%时, DFF的产率(57.2%)达到最高, 体系中H₂的产量为 51.8 μmol/g. g-C₃N₄/CdS/Ni复合材料可以在同一体系中进行催化光致产氢和HMF的选择性氧化.     

CNT/Fe-Ni/TiO_2/ZnO阵列修饰Ni阳极的制备及光催化制氢性能

采用层层自组装方法在Ni片阳极上构建TiO2/Zn O纳米棒阵列,以二氧化钛前驱体溶胶中掺杂的铁和镍为催化剂,通过气相沉积法在TiO2/Zn O纳米棒阵列间原位生长碳纳米管(CNTs),得到CNT/Fe-Ni/TiO2/Zn O复合光催化剂修饰的光活性Ni片阳极.以碱性电解池为基础,用紫外线辐照修饰的Ni阳极实现光催化和电解水的有机耦合制氢过程.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和电化学阻抗谱(EIS)对CNT/Fe-Ni/TiO2/Zn O复合膜光催化剂的结构进行了表征,并测试了其光催化辅助电解水制氢(WEAP)活性.结果表明,生长了碳纳米管的光催化复合膜CNT/Fe-Ni/TiO2/Zn O修饰的Ni阳极的产氢速率分别比Fe-Ni/TiO2/Zn O修饰的Ni阳极和纯Ni片提高了93.7%和533.0%.     

泡沫镍负载Ni/Fe磷化物电催化性能研究

使用硫酸镍、硝酸铁、磷酸二氢铵和柠檬酸钠在泡沫镍为载体的基底上,采用电沉积方法制备出泡沫镍负载Ni磷化物(nickel phosphide)和泡沫镍负载Fe磷化物(iron phosphide)两种电催化剂,通过SEM测试表征催化剂的结构及形貌,并通过电化学测试催化剂的析氧和析氢及催化活性等参数。研究结果表明：在100mA/cm²电流密度下,Ni磷化物工业过电位为349mV,相较于Fe磷化物催化活性性能高了33%;Ni磷化物和Fe磷化物的催化面积(C_dl)值分别为27.01 mF/cm²和3.64 mF/cm²,Ni磷化物较Fe磷化物的活性面积提高近10倍。     

泡沫镍负载Pd-Ir作为Al-H_2O_2半燃料阴极的研究

以泡沫镍为基体,应用电化学沉积法制备Pd-Ir/Ni复合催化剂.由SEM、XPS分析样品的表面形态、组成以及各组分的价态.电化学测试表明该催化剂对H2O2电还原具有较高的催化性能,当过氧化氢的浓度为0.4 mol/L时,极限电流密度可超过318 mA/cm2.以纯铝或其合金作阳极、Pd-Ir/Ni作阴极组装Al-H2O2半燃料电池,得出其最大放电功率可达198 mW/cm2.     

采用金属有机骨架材料M(HBTC)(4,4'-bipy)·3DMF(M=Ni,Co,Zn)催化CO2与环氧丙烷的环加成反应

采用溶剂热法合成了三种M(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF (M = Ni, Co, Zn, HBTC = 1,3,5-均苯三甲酸, 4,4’-bipy = 4,4′-联吡啶)结构的支柱层金属有机骨架材料(MOFs). 首次采用溶剂热和微波法合成了Zn(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF, 并采用多种物理化学方法对其进行了表征. M(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF中包含有M2+离子的蜂窝网格层和BTC单元, BTC单元与4,4’-联吡啶柱进一步交联形成三维多孔骨架材料. 在采用烷基铵卤化物作为助催化剂和无溶剂的条件下, 所有MOFs材料均对催化固定CO2与环氧化合物环加成制备环状碳酸酯反应表现出非常好的协同催化性能, 其催化活性高低顺序为: Zn ＞ Co ＞Ni, 这可通过酸-碱双功能特性进行解释. 采用微波法合成的Zn(HBTC)(4,4’-bipy)·3DMF材料表现出与常规催化剂相似的物理化学性质和催化性能. 考察了不同制备参数的影响和材料的重复使用性能, 并提出了该反应的可能机理.     

Fe/Co和Ni/Co镍黄铁矿型析氢反应电催化剂

作为析氢反应的电催化剂,富金属的过渡金属硫化物因能克服富硫金属催化剂所存在的如导电性有限和缺乏必要的纳米结构等不足,近年来受到越来越多的关注.本文介绍了具有镍黄铁矿型结构的三元富金属硫化物复合材料FexCo9-xS8和Ni_yCo_9-yS₈(x=y=0-4.5)的合成、表征及其电催化研究.首先,研究了二元钴化合物Co₉S₈中Co逐步被Fe或Ni取代直至4.5当量的变化过程.硫镍铁矿复合物中组分的变化有助于不同温度下酸性介质中的质子还原.其次,在还原电催化条件下,复合物中元素化学计量变化对其电化学活化/失活行为有决定性的影响.与Co₉S₈相比,Co缺陷复合材料表现出了更高的HER性能.Ni/Co化合物通常表现出比类似结构Fe/Co化合物更高的电催化析氢活性.     

有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫的制备及其对多巴胺的高灵敏度和高选择性检测（英文）

柔性生物传感器在可穿戴电子设备中有着广泛的应用前景.为了获得柔性电化学多巴胺传感器,作者在本工作中首先在镍泡沫表面通过化学气相沉积生长石墨烯,随后通过高温碳化嵌段共聚物与酚醛树脂在石墨烯表面共组装形成的薄膜制备了有序介孔碳/石墨烯/镍泡沫(OMC/G/Ni)复合材料.其中,镍泡沫可以为复合材料提供具有高导电性和良好柔韧性的金属骨架,而具有垂直排列介孔阵列的有序介孔碳层为复合材料提供了高的电活性表面积,且有利于活性位点的暴露.值得注意的是,夹在有序介孔碳层和镍泡沫之间的石墨烯极大地增强了各组分之间的相容性,有利于进一步提升复合材料的电化学性能.作为电化学传感器中的工作电极,OMC/G/Ni体现出优异的多巴胺检测能力.不但具有宽的线性检测范围(0.05～58.75μmol·L~(-1))和低检测限(0.019μmol·L~(-1)),还具有良好的选择性、重现性和稳定性.此外,OMC/G/Ni在弯曲状态下依旧能够保持对多巴胺的高检测能力,证明了其在柔性生物传感器中的应用潜力.     

错位堆叠限域和微孔缺陷固定协同生长高密度原子级FeⅡ-N4氧还原活性位点(英文)

聚合物电解质膜燃料电池(PEMFCs)具有高能量密度、高功率密度以及零排放等优点,被认为是一种高效、实用的发电装置.然而,PEMFCs阴极氧还原反应(ORR)的动力学缓慢,需要使用大量的铂(Pt)催化剂,其成本高、资源有限,因此,开发用于ORR的高性能、低成本的非贵金属催化剂(NPMCs)尤为重要.在NPMCs中,过渡金属(Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mn等)-氮-碳复合材料,尤其是Fe-N_x-C,被认为是一类非常有前景的代Pt催化剂.但此类催化剂存在催化活性低、电化学稳定性差等问题.为了获得高性能的NPMCs,催化剂创新性的设计和合成受到高度关注.研究表明,在惰性气氛下高温热解含Fe、N和C的化学物质是制备Fe-N_x-C催化剂的有效途径.在高温热解过程中,形成的吡啶-N可进一步键合Fe原子形成Fe-N₄物种,Fe-N₄已被证实是高ORR活性的催化位点.然而,高温热解制备Fe-N_x-C催化剂时,有两个主要问题制约催化剂性能的提高:一方面,原子Fe可以转化为聚集形态的Fe基纳米...     

Ni(OH)2/Ni/g-C3N4复合材料:一种高效的析氢电催化剂

高效析氢催化剂的制备仍是目前亟待解决的重要课题.本研究采用液相浸渍原位还原法制备了Ni(OH)2/Ni/g-C3N4复合催化剂,并与碳纸(CP)组合作为微生物电解电池(MEC)的阴极.采用SEM、TEM、XRD、XPS和电化学分析等技术对所制备的催化剂样品的结构性质和析氢电催化性能进行了分析研究.结果表明,Ni(OH)...     

金属-空气电池阴极双功能催化剂研究进展

可充电金属-空气电池因具有超高的能量密度被认为是最有发展前景的能源存储与转换装置之一.阴极电化学氧还原/生成反应缓慢动力学是影响金属-空气电池性能的关键因素,因此其充放电过程需要双功能催化剂进行催化.在此我们详细论述了近年来开发的新型双功能催化剂,包括贵金属、碳材料、过渡金属氧化物和复合材料.其中,强耦合过渡金属氧化物/纳米碳复合物成为新一代具有高催化活性的氧催化材料.最后,基于目前所存在的问题提出了几个未来可能的研究方向.     

Pt修饰的Ni/C催化剂电催化氧化乙醇性能

采用两步还原法制备了Pt修饰的Ni/C催化剂(Ni@Pt/C),并应用X射线衍射和透射电子显微镜对催化剂进行了表征.结果表明,载体上催化剂粒子呈两相复合结构,具有较好的分散性,平均粒径为4.4 nm.电化学测试表明,Ni@Pt/C催化氧化乙醇的活性电流高达0.37A/mg,是商业Pt/C催化剂的2.33倍,PtNi/C...     

Ni(OH)_2/Ni/g-C_3N_4复合材料:一种高效的析氢电催化剂（英文）

高效析氢催化剂的制备仍是目前亟待解决的重要课题。本研究采用液相浸渍原位还原法制备了Ni(OH)_2/Ni/gC_3N_4复合催化剂,并与碳纸(CP)组合作为微生物电解电池(MEC)的阴极。采用SEM、TEM、XRD、XPS和电化学分析等技术对所制备的催化剂样品的结构性质和析氢电催化性能进行了分析研究。结果表明,Ni(OH)_2/Ni/g-C_3N_4催化剂在100 A/cm~2的电流密度驱动下具有优秀的析氢过电位(1881 mV)、较低的电荷转移电阻(10.86Ω)和较低的塔费尔斜率(44.3 mV/dec),其电化学活性优于纯g-C_3N_4催化剂和CP,甚至可与Pt催化剂媲美。     

Ni对Cu/ZnO基甲醇裂解催化剂的促进机制

通过XRD,BET,In-situ XPS等表征技术对Cu/ZnO基甲醇裂解制氢催化剂进行 了详细的研究。XRD结果表明,Cu-Zn合金的生成是Cu/ZnO基催化剂在反应初期快速 失活的主要原因;XRD,BET和N_2O滴定实验结果表明,Ni助剂可能是通过提高 Cu~0活性物种的分散度并维持Cu~0活性物种在催化反应过程中的稳定性而使 Cu/Zn/Ni催化剂的活性及稳定性大幅度提高。In-situ XPS结果表明,Ni助剂的加 入可以诱导Cu/Zn/Ni催化剂表面在甲醇裂解反应过程中出现Cu~+,从而由 Cu~0/Cu~+共同构成催化剂的活性中心,并最终导致Cu/Zn/Ni催化剂的高活性。