稀土钙钛矿型氧化物双功能催化剂的研究进展EI北大核心CSCD

金属-空气电池具有理论能量密度高、可循环利用以及对环境友好等优点,但其氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)的动力学缓慢,且依赖于昂贵的贵金属催化剂(例如,Pt或Ir),这都阻碍了其可持续商业化的发展进程。钙钛矿型复合氧化物由于其具有特殊的结构和灵活的可调控性而引起了广泛的关注。本文介绍了水热法与溶剂法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法、固相合成法以及聚合物辅助法等含有稀土元素的钙钛矿型双功能催化剂的制备方法,并总结了各制备方法的优缺点。综述了含稀土元素的钙钛矿型双功能催化剂在常见的三种金属-空气电池中的应用研究进展。最后简要阐述了含稀土元素的钙钛矿型电催化剂在结构优化和应用等方面遇到的挑战,并对其未来的发展方向做了展望。     

钙钛矿型水氧化电催化剂

在全球能源结构“清洁化”转型的背景下,可再生能源的开发与利用能够有效解决能源危机与环境问题,符合我国的可持续发展路线。能源转换与储存技术贯穿着循环能源技术的各个环节,是新型能源框架的核心支撑。 水氧化反应是众多能源体系（例如, 水裂解反应、 二氧化碳还原反应、 氮还原反应和金属-空气电池）的重要半反应, 但其动力学缓慢, 严重限制了设备的能源效率, 阻碍了相应技术的广泛应用。因此, 亟需开发具有低成本、 高活性、 强稳定性的水氧化电催化剂以降低反应能垒,进而推动能源转换与存储设备的工业化发展。钙钛矿型材料的晶体结构包容性强, 元素组成涵盖广泛, 具有丰富而独特的电子特性, 易于实现表面化学与电子结构的精准调控, 因此被公认为理想的催化材料设计平台。本文综述了钙钛矿型水氧化电催化剂的最新研究进展。首先介绍了钙钛矿型材料的晶体结构和电子特性,归纳了制备钙钛矿型氧化物的代表性的合成策略。通过讨论近期钙钛矿型水氧化电催化剂在酸性和碱性介质中的研究进展, 强调了钙钛矿型电催化剂结构与催化性能间的构效关系。 最后, 我们总结了钙钛矿型水氧化电催化剂在实际应用中面临的挑战与机遇, 提出了相应的建议与解决方案, 期望能使读者更清晰地认识到该领域的未来发展方向。     

稀土钙钛矿型氧化物催化剂的研究进展

综述了近年来国内外稀土钙钛矿型氧化物催化剂在一氧化碳氧化、甲烷氧化、乙烷氧化、氮氧化物消除和汽车尾气净化等方面的研究进展, 讨论了该类催化材料的结构缺陷与性能之间的构效关系, 简要地分析了今后我国开展稀土钙钛矿型氧化物催化剂研究的重要性及其应用前景.     

钙钛矿型氧化物的制备及其在固体氧化物燃料电池和金属-空气电池中的应用

本文对钙钛矿型氧化物的制备方法及其用于固体氧化物燃料电池(SOCFs)和金属-空气电池中的最新进展进行了较为全面的综述。制备钙钛矿型氧化物的方法有很多,包括盐分解法、固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、反微乳法和模板法等。不同的制备方法可以得到各种形貌的钙钛矿型氧化物,如纳米立方体、纳米管、纳米棒、纳米片、纳米纤维和介孔结构。本文总结了这些制备方法的优点、缺点以及其适用的范围。作为一种重要的功能材料,钙钛矿型氧化物广泛应用于电极材料中。在SOCF中,重点介绍了阴极、阳极和电解质的研究现状,从电极材料的设计出发,比较了它们用于不同电极材料时的稳定性、电导率以及电催化活性,指出不足之处;在空气电极中,主要讨论了影响钙钛矿型氧化物氧的析出/还原催化活性和稳定性的因素。最后对钙钛矿型氧化物今后研究的方向和应用前景进行了预测。     

钙钛矿型甲醇水蒸气重整制氢催化材料的研究

采用溶胶凝胶法合成了钙钛矿复合氧化物, 负载氧化铜后得钙钛矿负载型催化材料, 通过XRD (X射线衍射分析)、BET(比表面积测试)、H₂-TPR(程序升温还原分析)、XPS (X射线光电子能谱)等手段对催化材料进行了表征, 考察了不同种类钙钛矿负载纳米铜催化材料的结构、性质对甲醇水蒸气重整制氢性能的影响. 结果显示, 钙钛矿负载纳米铜催化材料的催化活性主要与催化剂的铜比表面积、表面晶格氧缺位以及活性组分和载体间的相互作用有关. 其中, CuO/LaCrO₃钙钛矿负载型催化材料的表面氧空穴含量较多, 活性组分与载体间相互作用较强, 因此催化甲醇水蒸气重整制氢活性较好. 当反应温度为360 ℃时, CuO/LaCrO₃钙钛矿型催化剂并未出现明显失活现象, 甲醇转化率为98.6%, 产氢速率为694.9 mL•kg_cat ^–1•s ^–1.     

含氧预硫化掺杂Cu-LaCoO3催化剂上CO还原SO2催化反应研究

多年来人们对钙钛矿(ABO3)复合氧化物的结构、磁性及催化新材料进行了大量研究,尤其是近10年来有关它在烟气脱硫环境催化方面更成为研究热点领域之一[1￣3],但对其经掺杂过渡金属后受催化还原过程、预硫化中毒过程的机理研究却少见报道。为此,我们针对烟道气中存在的CO还原SO2反应,用柠檬酸配位法合成了LaCoO3和用Cu进行适当掺杂制备了LaCo1-xCuxO3系列催化剂,并分别进行了无氧条件的预还原和有氧条件下的预中毒硫化及耐氧反应催化活性实验,利用光电子能谱XPS对钙钛矿LaCoO3及掺杂铜后的复合氧化物预中毒硫化过程前后进行催化性能…     

La1—xMxFeyCo1—yO3型复合氧化物（M=Sr,Ba）的合成,结构及电性能

钙钛矿型的稀土与过渡金属复合氧化物(ABO_3)及部分稀土为碱土金属置换的A_(1-x)M_xBO_3型复合物在最近20年来研究较多,并在催化气敏,超导等方面取得了良好进展。但对A_(1-x)M_xB_(1-y)N_yO_3型复合物却研究甚少。本文合成了一系列的La_(1-x)M_xFe_yCo_(1-y)O_3(M=Sr或Ba)钙钛矿型复合氧化物,研究了它们组成与电性的变化规律。     

中空贵金属纳米材料氧还原催化的研究进展（英文）

中空纳米结构具有比表面积大、传质可控和活性位点明确等优势,其结构设计与电催化应用在能源转化与储存领域引起了广泛关注.特别是中空贵金属纳米材料用于氧还原催化时,中空内腔引入到贵金属纳米结构,不仅暴露更多的活性位点,还能减少贵金属的用量,这将为贵金属催化剂的大规模应用提供一个理想的研发平台.本文综合评述了近年来中空贵金属的合成策略及其氧还原催化应用.首先,回顾了中空贵金属在氧还原催化剂研制中的优势与意义;然后,介绍了近期关于中空贵金属的制备策略(硬模板法、软模板法、自模板和无模板法等)及其优势;最后,分析了中空贵金属在氧还原领域所面临的挑战,并对其设计进行了展望.     

氧化物钙钛矿的光催化研究进展:CO_2还原、水裂解、固氮（英文）

在寻求可再生能源供应及解决环境问题的迫切需求下,光电、光催化、电催化等领域中多种技术被开发以解决这一迫切问题。其中,光催化技术因其可将清洁太阳能转化为化学燃料的优越能力而备受关注。在层出不穷的光催化材料中,具有阳离子可替代性的钙钛矿氧化物(ABO_3)在电子信息、太阳能电池和光催化等领域具有极大的潜力。由于这类材料具有活性高、成本低、稳定性好、结构易调控等独特性能,钙钛矿氧化物光催化剂在水分解、二氧化碳还原转化、固氮等方面取得了广泛的应用。本文综述了光催化的结构与合成方法,重点介绍了光催化的应用,最后展望了光催化的未来发展前景。     

LaBO3(B=Fe,Co)中氧的迁移与光催化反应活性

以柠檬酸法合成的钙钛矿型复合氧化物LaBO3(B=Fe,Co)为催化剂,对水溶性染料进行光催化降解,实验结果表明,其光催化活性与钙钛矿型结构中氧空位沿BO6八面体棱边以曲线而非直线的迁移机制有关.在光催化氧化过程中,光生电子首先被表面氧空位束缚,再与表面的吸附氧反应生成超氧基(O2-·)而加速对染料分子的降解.钙钛矿型复合氧化物中的氧空位是由氧的迁移产生的,它可以作为电子的陷阱而捕俘电子,并作为氧的吸附中心而提高催化剂表面的吸附氧量.     

泡沫铜基底原位生长的铜基导电金属有机框架作为双功能电催化剂

以泡沫铜为基底生长氢氧化铜纳米线,通过原位转化合成二维导电金属有机框架(MOF)材料Cu_3HITP_2(HITP=2,3,6,7,10,11-六氨基三亚苯)作为双功能催化剂,可直接用作析氧及氧还原反应的工作电极,而无需使用额外的基底或粘合剂,且无需后续热处理。研究发现以氢氧化铜纳米线为模板的Cu_3HITP_2表现出了更大的电化学比表面积,这种新型的电极可在碱性溶液(0.1和1.0 mol·L~(-1) KOH)中可以稳定运行,析氧反应中在电流密度达到10 mA·cm~(-2)时的过电位仅为1.53 V,超越了商业二氧化钌的催化性能。此外,该催化剂在氧还原反应中的半波电位达到0.75 V,优于大多数MOF材料。     

石墨烯基催化剂的设计合成与电催化应用

为了解决能源匮乏和环境污染的问题,研究人员正致力于寻找清洁可持续的新能源。 其中,氧气还原、氧气析出、析氢反应等是紧密联系新型清洁能源获取和存贮的重要电化学反应。 为了提高其能量转化效率,电催化剂(如碳载铂Pt/C)被广泛地用于降低其反应活化能、提高能量转化效率。 近年来,石墨烯作为一种具有高比表面积和优异导电性的二维碳材料受到了广泛关注。 通过表面杂原子掺杂、缺陷调控和引入催化活性组分等方式,获得了催化性能与贵金属催化剂相媲美,且低价格和高稳定性的非贵金属石墨烯基催化材料。 针对氧气还原、氧气析出和析氢反应在燃料电池、金属-空气电池和电催化水分解中的应用,本文概括综述了通过表/界面结构性质调控提高石墨烯电催化性能和稳定性,获得具有双功能或复合催化性能的石墨烯基催化剂的最新研究进展。 最后总结和展望了亟待解决的问题及未来的发展趋势。     

ZnO-Templated Selenized and Phosphorized Cobalt-Nickel Oxide Microcubes as Rapid Alkaline Water Oxidation Electrocatalysts

Oxygen electrocatalysis is of remarkable significance for electrochemical energy storage and conversion technologies, together with fuel cells, metal-air batteries, and water splitting devices. Substituting noble metal-based electrocatalysts by decidedly effective and low-cost metal-based oxygen electrocatalysts is imperative for the commercial application of these technologies. Herein, a novel strategy is presented to fabricate selenized and phosphorized porous cobalt-nickel oxide microcubes by using a sacrificial ZnO spherical template and the resulting microcubes are employed as an oxygen evolution reaction (OER) electrocatalyst. The selenized samples manifest desirable and robust OER performance, with comparable overpotential at 10 mA cm⁻² (312 mV) as RuO₂ (308 mV) and better activity when the current reaches 13.7 mA cm⁻². The phosphorized samples exhibit core–shell structure with low-crystalline oxides inside amorphous phosphides, which ensures superior activity than RuO₂ with the same overpotential (at 10 mA cm⁻²) yet lower Tafel slope. Such a surface doping method possibly will provide inspiration for engineering electrocatalysts applied in water oxidation.     

中空MOFs材料制备及电催化应用的研究进展

水分裂、金属-空气电池和燃料电池等能源转换技术对解决未来的能源危机和环境问题至关重要.氧还原反应(ORR)、氧析出反应(OER)和氢析出反应(HER)作为其核心反应,存在反应动力学速率较慢的问题,因此,开发研制高效的非贵金属电催化剂具有重要意义.金属有机骨架(MOFs)材料因具有高度可调的组成和多孔晶体结构,在不同的应用领域引起了越来越多的关注.中空MOFs纳米材料具有MOFs材料高度可调的组成和结构优势,又具有中空结构纳米材料的优点(如更快的物质传输、更丰富的孔隙率、灵活多变的活性组分、更多的暴露活性位点及对苛刻条件的更好相容性等),在电催化领域显现出巨大的应用潜力.本文对近几年来基于中空结构MOFs材料的制备及在电催化方面应用的研究进展进行了综合评述,并对该领域面临的挑战和发展前景进行了总结和展望.     

Recent advances in one-dimensional nanostructures for energy electrocatalysis

Catalysts play decisive roles in determining the energy conversion efficiencies of energy devices. Up to now, various types of nanostructured materials have been studied as advanced electrocatalysts. This review highlights the application of one-dimensional (1D) metal electrocatalysts in energy conversion, focusing on two important reaction systems—direct methanol fuel cells and water splitting. In this review, we first give a broad introduction of electrochemical energy conversion. In the second section, we summarize the recent significant advances in the area of 1D metal nanostructured electrocatalysts for the electrochemical reactions involved in fuel cells and water splitting systems, including the oxygen reduction reaction, methanol oxidation reaction, hydrogen evolution reaction, and oxygen evolution reaction. Finally, based on the current studies on 1D nanostructures for energy electrocatalysis, we present a brief outlook on the research trend in 1D nanoelectrocatalysts for the two clean electrochemical energy conversion systems mentioned above.     

Recent advances of layered double hydroxides–based bifunctional electrocatalysts for ORR and OER

The oxygen reduction reaction (ORR) and the oxygen evolution reaction (OER) have attracted increasing attention for the sake of clean, renewable, and efficient energy technologies in recent years. The design of ORR/OER bifunctional electrocatalysts is a challenging task in the promotion of highly efficient rechargeable metal-air batteries as well as regenerative fuel cells. Owing to the wide adaptability of different types and ratios of metals in the interlayer space as well as the adjustable interlayer distance, composite materials with layered double hydroxides (LDHs) and their derivatives have recently been registered as electrode materials and catalysts supports for various electrochemical reactions. This study examines the recent development of bifunctional electrocatalysts based on LDHs for ORR/OER to expand the application of LDHs in the field of energy storage and conversion. Various bifunctional electrocatalysts associated with LDHs are discussed in detail to improve their performance. Finally, existing problems and future prospects for improving the performance of LDHs bifunctional electrocatalysts are proposed.     

Advances in efficient electrocatalysts based on layered double hydroxides and their derivatives

The explore and development of electrocatalysts have gained significant attention due to their indispensable status in energy storage and conversion systems, such as fuel cells, metal–air batteries and solar water splitting cells. Layered double hydroxides(LDHs) and their derivatives(e.g., transition metal alloys, oxides, sulfides, nitrides and phosphides) have been adopted as catalysts for various electrochemical reactions, such as oxygen reduction, oxygen evolution, hydrogen evolution, and CO_2 reduction, which show excellent activity and remarkable durability in electrocatalytic process. In this review, the synthesis strategies, structural characters and electrochemical performances for the LDHs and their derivatives are described. In addition, we also discussed the effect of electronic and geometry structures to their electrocatalytic activity. The further development of high-performance electrocatalysts based on LDHs and their derivatives is covered by both a short summary and future outlook from the viewpoint of the material design and practical application.     

金属有机骨架及其衍生材料在电解水和锌-空气电池中的应用

电解水和锌-空气电池(ZABs)技术为解决能源危机、实现碳中和目标开辟了一条新的途径。然而,这些技术的实际应用在很大程度上受到析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。因此,迫切需要开发高效、稳定的电催化剂有效降低反应过电位,加快电催化反应进程。金属有机骨架(MOFs)由于其灵活可调的组成和精确可控的结构,已成为催化领域研究最广泛的材料之一。本文聚焦于MOFs基电催化剂的制备策略和结构特性,主要介绍它们在电解水和ZABs方面近期的研究进展,并对该领域存在的问题和发展趋势进行了总结和展望。     

金属有机骨架及其衍生材料在电解水和锌-空气电池中的应用

电解水和锌-空气电池(ZABs)技术为解决能源危机、实现碳中和目标开辟了一条新的途径。然而,这些技术的实际应用在很大程度上受到析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及氧还原反应(ORR)缓慢动力学的限制。因此,迫切需要开发高效、稳定的电催化剂有效降低反应过电位,加快电催化反应进程。金属有机骨架(MOFs)由于其灵活可调的组成和精确可控的结构,已成为催化领域研究最广泛的材料之一。本文聚焦于MOFs基电催化剂的制备策略和结构特性,主要介绍它们在电解水和ZABs方面近期的研究进展,并对该领域存在的问题和发展趋势进行了总结和展望。     

Carbon‐Based Metal‐Free Catalysts for Electrocatalysis beyond the ORR

Besides their use in fuel cells for energy conversion through the oxygen reduction reaction (ORR), carbon‐based metal‐free catalysts have also been demonstrated to be promising alternatives to noble‐metal/metal oxide catalysts for the oxygen evolution reaction (OER) in metal–air batteries for energy storage and for the splitting of water to produce hydrogen fuels through the hydrogen evolution reaction (HER). This Review focuses on recent progress in the development of carbon‐based metal‐free catalysts for the OER and HER, along with challenges and perspectives in the emerging field of metal‐free electrocatalysis.