氧还原碳基非贵金属电催化剂研究进展

质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换装置,具有环境友好、能量密度高、转化效率高等优点,能够应用于便携能源及燃料电池电动车领域.但燃料电池阴极氧还原需要大量的铂基催化剂,铂价格昂贵、储量有限、易中毒的缺点限制了它的实际应用.因此,开发低成本、高活性、高稳定性的阴极非贵金属催化剂将能够显著推动质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用.其中碳基非贵金属催化剂作为最有可能替代铂的氧还原催化剂,引起了广泛的研究.基于此,本文首先简单介绍了氧还原的机理;其次将碳基非贵金属催化剂分为过渡金属氮碳催化剂和非金属掺杂碳催化剂,对它们在材料制备和活性中心的研究进行了总结和讨论;最后,报道了碳基非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池单电池中的应用进展.     

高温聚合物电解质膜燃料电池催化剂的研究进展（英文）

高温聚合物电解质膜燃料电池(HT-PEMFCs)是一类将化学能转换为电能的能量转换装置,与传统的低温聚合物膜燃料电池相比具有诸多优势.目前HT-PEMFCs主要是以铂作为催化剂.铂基催化剂对于燃料电池氧还原反应(ORR)和氢氧化反应(HOR)有好的催化活性,但在HT-PEMFCs中通常需要高载量的铂基催化剂,以缓解磷酸在铂表面强吸附对活性表达的限制,其存在成本高、活性不足、长时间运行下活性降低及载体腐蚀等问题.本文总结了最近关于HT-PEMFCs催化剂的研究进展,系统分析了贵金属、非贵金属催化剂在HTPEMFCs中的应用前景,并对现阶段HT-PEMFCs催化剂的发展应用进行了展望.     

低温燃料电池氧电极催化剂*

氧电极催化剂及缓慢的阴极氧还原动力学是制约低温燃料电池商业化的关键瓶颈因素之一。为此,国内外研究者近年来从提高低温燃料电池氧电极催化剂的催化活性和稳定性、降低催化剂的成本、发展非贵金属氧还原催化剂等方面开展了大量的研究工作,有力地促进了低温燃料电池的发展进程。本文在简要介绍低温燃料电池氧电极反应机理的基础上,从催化剂载体、贵金属及其合金催化剂、金属大环化合物及M-N/C类催化剂和过渡金属硫族化合物类催化剂等方面详细综述了低温燃料电池氧电极催化剂近年来的主要研究进展,并指出了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。     

杂原子掺碳材料氧还原催化剂研究进展

开发替代Pt类高活性、低成本的非贵金属燃料电池阴极氧还原催化剂是实现燃料电池商业化的必由之路. 研发催化活性高,稳定性好,价格便宜的非贵金属催化剂是当务之急. 碳纳米材料,尤其杂原子掺杂的碳纳米材料有其独特的结构和催化性能而备受瞩目. 本文结合作者课题组的研究工作,综述了近年杂原子掺杂碳纳米材料催化剂燃料电池阴极氧电催化还原方面的研究进展.     

直接硼氢化物燃料电池阴极催化剂的研究进展

缓慢的阴极氧还原动力学和催化剂稳定性是制约直接硼氢化物燃料电池商业化的关键因素之一。为此,研究者在提高催化剂的催化活性与稳定性和降低催化剂成本方面开展了大量的研究工作。本文在简要介绍直接硼氢化物燃料电池的工作原理和阴极氧还原反应机理的基础上,从催化剂性能和反应机理角度综述了近年来直接硼氢化物燃料电池中贵金属和非贵金属两类阴极催化剂的主要研究进展,指出了阴极催化剂研究所面临的问题,同时提出了阴极催化剂研究的新的发展方向。     

非贵金属催化的碱性硫离子燃料电池放电特性

燃料的选择对于燃料电池电极催化剂的选择、燃料电池的成本及其商业化有着至关重要的影响寻求电化学活性好、成本低,并且能够为非贵金属催化剂所催化的燃料是一项有前景的工作.硫离子的电化学活性及其低成本使之成为一个具有吸引力的选择.本文以碱性硫离子作为燃料构建了碱性硫离子燃料电池.在室温条件下,单体电池在以非贵金属为催化剂的条件下获得了12.3 mW· cm-2的功率密度,此时的电流密度达到了42.8 mA·cm-2; 50 h寿命测试显示了碱性硫离子燃料电池良好的稳定性.此外,通过离子色谱分析,在放电产物中检测到了硫代硫酸盐、亚硫酸盐以及硫酸盐.深度氧化使得硫离子具有更高的放电容量.与之前研究的燃料相比,硫离子具有成本低、运输容易、电化学活性高并且能够被非贵金属催化剂催化的优点.     

质子交换膜燃料电池阴极非贵金属M-Nx/C型氧还原催化剂研究进展

氧还原反应(ORR)是燃料电池能量转换的关键步骤,开发高性能低成本的催化剂以替代铂族贵金属是推动燃料电池商业化的重要途径。本文综述了质子交换膜燃料电池非贵金属M-N_x/C型催化剂的最新研究进展,概括了氧还原反应的基础理论,系统展示了先进表征技术对活性位点鉴定和反应机理研究的作用,总结了M-N_x/C型催化剂近年来的代表工作和活性突破,阐述了稳定性问题的根源及对应的方案策略,我们认为M-N_x/C型催化剂未来的发展方向是理性设计具高位点密度和高稳定性的催化剂。     

非Pt基催化剂在质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的研究进展

对绿色、高效能源储存装置日趋强烈的需求,使得用于清洁能源转换的先进技术获得了研究者的密切关注。具有环境友好、高能量转换效率等优势的燃料电池是传统能源转换装置极具希望的替代品。然而,工业催化界中商业化程度高的Pt体系催化剂存在成本高、稳定性差和抗毒化能力弱等问题,限制了燃料电池的进一步发展。开发储量丰富、成本低廉且性能优异的非Pt体系氧还原（ORR）催化剂是降低燃料电池成本,促进其大规模应用的有效途径。对此,结合近10年来国内外研究成果,系统介绍了当前各类非Pt体系ORR催化剂的研究进展,包括非贵金属基以及非金属基催化剂。同时,针对各类催化剂的优点、不足及改性策略进行了归纳与总结,并对未来ORR电催化剂的发展提出挑战、做出展望。     

金属/非金属元素掺杂提升原子级分散碳基催化剂的氧还原性能

原子级别分散的过渡金属和氮共掺杂碳基催化剂(M-N_x-C)具有反应活性好、选择性高、制备容易等优点,被认为是最有可能取代价格昂贵的铂催化剂用作燃料电池阴极的一类非贵金属催化剂。然而,该类催化剂在阴极侧氧还原反应过程中存在活性位点密度较低、耐久性不足的问题制约了其在燃料电池中的实际应用。研究表明,通过多种金属/非金属元素的掺杂调控活性位点的电子结构与空间构型可显著提升M-N_x-C催化剂的氧还原活性和稳定性,已成为掺杂碳基催化剂领域的热门研究课题。本文综述了近年来国内外在多种金属/非金属元素掺杂提升M-N_x-C碳基催化剂性能方面的主要研究工作,包括金属元素掺杂、非金属元素掺杂等研究。文章进一步总结和指出了M-N_x-C碳基催化剂面临的问题及挑战,并对其发展前景和未来研究方向进行了展望。     

基于非贵金属氧还原催化剂的质子交换膜燃料电池性能

质子交换膜燃料电池的成本和寿命问题是制约其商业化的主要瓶颈. 开发高效稳定的新型非铂氧还原催化剂是降低电池成本的重要途径. 过渡金属-氮-碳型非贵金属催化剂具有较高催化活性、资源丰富、价格低廉等优点, 被认为是未来最有希望替代铂的氧还原催化剂. 本综述从催化剂的设计构筑、催化层结构优化以及电池测试等方面, 对过渡金属-氮-碳型非贵金属催化剂的国内外最新研究进展进行了重点讨论, 并对未来其发展趋势提出展望.     

乙烯齐聚催化剂研究进展

综述了乙烯齐聚催化剂的研究进展.按照碳链的原子数目,简要介绍了α-烯烃的用途.按照后过渡金属催化剂和前过渡金属催化剂分类介绍了乙烯齐聚催化剂的研究情况,并重点介绍了乙烯三聚催化剂的研究进展,给出了部分聚合机理.文章最后介绍了α-烯烃除用乙烯齐聚催化剂方法外,还有石蜡热裂解、烷烃催化裂解、烷烃脱氢、烯烃二聚和歧化等方法制备.乙烯齐聚法所得产品线性化程度高,聚合度分布窄,分离费用低,产品质量好.在我国,石蜡裂解法为主要生产方法,因此在我国开展乙烯齐聚的研究,开发具有自主知识产权的齐聚催化剂,具有十分重要的意义.     

SiO2负载的Pt-M(M=Cr,Mo,W)配合物双功能催化剂

过渡金属异双核金属有机化合物的研究是一个活跃的领域,人们期望从中制取对极性小分子(如CO,CO2等)具有双功能活化的催化剂.周期表前区过渡金属或稀土元素(如Ti,Zr,Mo,La,Ce等)作为添加组分可明显地增加SiO2负载的铑催化剂催化CO氢化反应的活性和含氧化合物的选择性[1].虽然一些异双核金属氢基羰基化合物已被合成和表征[2],但是关于SiO2负载的异双核金属配合物催化剂的研究还未见文献报道.我们合成、表征了(PPh3)HPt(μ-PPh2)(μ-CO)M(CO)4(M=Cr,Mo,W)异双核配合物[3](I).本文研究了SiO2负载的该配合物催化剂对CO氢化反应和对丙烯氢甲酰化反应的两种催化功能.     

钯系双金属催化剂的制备及其表面性质

研究了浸渍液的浓度和酸度,浸渍时间,竞争吸附剂对金属离子在Al_2O_3上分布的影响。制得了Pd呈不同分布的Pd-Al_2O_3催化剂,和金属呈不同分布的Pd-Pt-Al_2O_3,Pd-Co-Al_2O_3,Pd-Ni-Al_2O_3双金属催化剂。用光学照相和EDX表征了催化剂上金属的分布。用TEM法测定Pd-Al_2O_3催化剂金属粒度的结果表明,Pd在Al_2O_3上分布的形式不同,其粒度也不同,其粒度次序为:蛋黄型>蛋白型>蛋壳型>均匀型。而该催化剂的苯加氢活性次序为:蛋白型>蛋黄型>蛋壳型>均匀型。双金属催化剂的苯加氢活性也与金属分布有关。     

Synthesis and palladium‐catalyzed addition polymerization of norbornene carrying epoxy moiety

A norbornene monomer carrying epoxy moiety 1 was successfully synthesized from 5‐norbornene‐2‐carbardehyde by treating it with thioylide. With using a catalytic system consisted of palladium (II) acetate/tricyclohexylphosphine/triphenylcarbenium tetrakis(pentafluorophenyl)borate, homopolymerizations and copolymerization of 1 and 5‐butyl‐2‐norbornene (BNB) were examined. The homopolymerization of 1 was slower than that of BNB presumably due to coordination of the epoxy moiety to the palladium‐center in competition with the C? C double bond of norbornene. This deceleration became less significant in the copolymerizations with low initial feed ratios [ 1 ]₀/[BNB]₀, leading to successful formation of the corresponding copolymers having a rigid poly(norbornene) main chain and epoxy moiety in the side chains, of which composition ratios agreed with the feed ratios. Influence of the epoxy moiety of 1 on its Pd‐catalyzed addition polymerization was elucidated by studying the homopolymerization of BNB in the presence of 1,2‐epoxyhexane. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part A: Polym Chem 47: 3982–3989, 2009     

负载型金属CO氧化催化体系的研究进展

本文结合近年来我们的研究工作以及国内外相关研究，概述了负载型金属CO氧化催化体系的研究进展，并进一步展望了今后的研究、发展方向以及应用前景。     

Bioinspired molecular catalysts for homogenous electrochemical activation of dioxygen

O₂, which is abundant and environmentally benign, is the ideal green oxidant for oxidation reactions, which are key transformations in the chemical industry. Still, O₂ needs to be activated, and this can be achieved through the so-called reductive activation of the O₂ paradigm. Taking inspiration from metalloenzymes, where a non-noble redox active metal (iron, copper) controls the partial reduction of O₂ via electron and proton transfers, metal-based synthetic systems can be developed to reproduce oxygenase activity. In the present article, we focus on fundamental aspects that serve as support for the development of 2-electron activation of O₂ and generation of highly oxidizing metal-oxo species, thus paving the road for the development of electrocatalytic systems for organic substrate oxygenation. Scarce examples known in the literature capable of such reactivity and possible future developments are described.     

催化氧化技术在可挥发性有机物处理的研究

挥发性有机物（VOCs）是一类具有毒性且对环境和人体健康产生威胁的有机化合物。目前催化氧化技术是有效净化VOCs的方法之一,它可以将VOCs转化为CO₂和H₂O。本文在总结国内外VOCs净化技术的基础上,着重介绍了催化氧化技术,并且对常用的催化剂种类、催化机理及存在的问题进行了总结。最后对催化氧化技术的发展趋势进行了展望。研究结果表明,贵金属催化剂的研究关键在于有效载体的选择及催化剂抗中毒性能的提高;与贵金属催化剂相比,钙钛矿和尖晶石等非贵金属催化剂的发展趋势为通过改变催化剂配方、催化剂形貌结构、活性组分粒径大小及比表面积等来提高催化剂的低温可还原性、储氧能力和氧缺陷,进而提高其催化性能。本文的评述将为选择合适的催化剂处理VOCs提供一定的参考基础。     

丙烷在负载型催化剂上脱氢反应的研究——Ⅷ.丙烷在负载型金属催化剂上临氢脱氢

通过对丙烷在负载型金属催化剂上临氢脱氢反应性能的考察,发现除负载型Pt、Pd等具有脱氢活性外;负载型Cu也同样具有脱氢活性,并且随Cu载量增加而升高。对催化剂稳定性研究结果表明,载体与金属组分间相互作用是不容忽视的因素之一。催化剂选择性影响因素主要是加氢裂化或氢解反应。因此,对催化剂脱氢选择性的改善既可通过调变金属组分的脱氢加氢性能,也可通过改变载体酸性进行。     

手性金属催化剂在不对称环丙烷化反应中的应用进展

手性金属催化剂在不对称环丙烷化反应中的应用一直是不对称合成领域的一个热点。对三十多年来的这一领域的手性金属催化剂的发展作了详细的归纳和评述。