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1.
吴倩  高庆平  孙丽梅  郭焕美  台夕市  李丹  刘莉  凌崇益  孙旭平 《催化学报》2021,42(3):482-489,中插48-中插52
电化学水分解制氢作为重要的生产氢能的新能源技术,包括氢气析出反应(HER)和氧气析出反应(OER).然而,OER进行的是多步电子转移过程,动力学过程缓慢且过电位高,严重制约了电解水制氢的发展.因此开发低成本、高效稳定的非贵金属催化剂替代贵金属催化剂(RuO2,IrO2)来降低过电位,减少能源消耗十分必要.Ni3S2由于其高导电性、高活性、低成本等优点,具有作为贵金属催化剂替代品的广阔应用前景,但其OER性能仍需进一步提高.对已有的有效OER催化剂进行表界面调控是提高催化剂性能的一种有效策略.CeO2中的Ce3+和Ce4+价态之间可以灵活过渡,使其具有良好的电子/离子导电性、可逆的表面氧离子交换和较高的储氧能力.CeO2的多价性使其有机会与其它基质产生强烈的电子相互作用,良好的电子/离子导电性和较高的储氧能力是提高催化剂析氧活性的有利因素.因此,用CeO2对Ni3S2进行修饰是提高其析氧活性的有效途径.基于此,本文运用水热和电沉积相结合的方法将CeO2修饰到Ni3S2纳米片上,制备得到生长于泡沫镍上的Ni3S2-CeO2纳米片阵列(Ni3S2-CeO2/NF),并运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段进行了表征,以三电极系统测试了其电催化析氧性能及稳定性,并通过密度泛函理论计算进行了验证.XRD结果表明,复合材料中确实存在Ni3S2和CeO2.通过SEM发现,泡沫镍基底上均匀分布着Ni3S2纳米片阵列;电沉积CeO2后,Ni3S2-CeO2仍保持其纳米片特性,但表面变得粗糙.Ni3S2-CeO2的TEM结果也证实了纳米片结构的形成,高分辨率TEM图像清晰的显示出Ni3S2和CeO2之间具有明显的界面.XPS结果表明,Ni3S2-CeO2的Ni 2p的结合能与Ni3S2相比出现负位移.与纯CeO2的Ce 3d谱图相比,Ni3S2-CeO2杂化体系中Ce4+的比例明显增加,表明Ce的价态发生了重排,部分电子转移给了Ni元素.这些结果均说明Ni3S2与CeO2之间存在着较强的电子相互作用.相应的电催化测试结果显示,在1.0 M KOH中,当电流密度达到20 mA cm–2时,Ni3S2/NF需提供356 mV的过电位,Ni3S2-CeO2/NF只需264 mV的过电位,仅次于RuO2/NF.而且,Ni3S2-CeO2/NF在中性条件下也显示出了较理想的析氧活性.Ni3S2-CeO2/NF的Tafel斜率明显低于CeO2/NF和Ni3S2/NF,表明其具有良好的OER反应动力学.循环伏安法和计时电位法结果均表明,Ni3S2-CeO2/NF具有良好的电化学稳定性.电化学阻抗谱测试结果表明,与Ni3S2/NF和CeO2/NF相比,Ni3S2-CeO2/NF明显具有更小的半圆直径,说明其电荷转移阻抗更小,进一步表明CeO2的修饰有助于催化过程中电子的快速转移.在非法拉第区域的循环伏安扫描曲线以及拟合扫描速度对电容电流曲线结果显示,Ni3S2-CeO2/NF的最大电容值大于CeO2/NF和Ni3S2/NF,表明其暴露了更多的活性位点,具有更大的电化学活性表面积;而且,Ni3S2-CeO2/NF在400和500 mV时的电催化析氧转换频率明显高于Ni3S2/NF和CeO2/NF,进一步说明Ni3S2-CeO2/NF具有更高的本征催化活性.密度泛函理论计算表明,由于*OH,*O和*OOH与Ni3S2-CeO2中的Ni和Ce原子相互作用的存在,使得反应中间产物与Ni3S2-CeO2之间的结合强度较纯Ni3S2或CeO2强,使其显示出了更高的OER性能.在经过24 h连续电解后,SEM和TEM结果均表明,Ni3S2-CeO2/NF材料仍保持了其纳米片形貌.稳定性测试后的XPS结果表明,Ni 2p对应的峰强度降低,而与氧化镍物种对应的峰强度增强;S元素在Ni3S2-CeO2表面的信号强度明显降低.根据文献报道,在强烈的氧化环境下,过渡金属硫化物会部分转化为氧化物或氢氧化物,这通常被认为是OER过程的实际催化物种.  相似文献   

2.
Flower-like Ni3P2O8 and flower-like Fe3P2O8·8H2O have been successfully synthesized by a simple chemical precipitation method.X-ray diffraction(XRD) patterns reveal an amorphous phase formation of nickel phosphate(Ni3P2O8) and pure monoclinic phase of Fe3P2O8·8H2O.The novel flower-like Ni3P2O8 and flower-like Fe3P2O8·8H2O when used for supercapacitor electrode materials exhibit a high specific capacitance(C m) of 1464 F/g and 200 F/g at a current density of 0.5 A/g,respectively.Eventually,an asymmetric supercapacitor is fabricated using Ni3P2O8 as positive electrode and Fe3P2O8·8H2O as negative electrode.A high specific capacitance of 94 F/g is achieved in the high-voltage region of 0 ~1.6 V,and a large energy density of 32.6 Wh/kg is delivered at power density of 420 W/kg.The findings demonstrate the important and great potential of developing metal phosphate based materials for supercapacitors.  相似文献   

3.
采用一步固相煅烧工艺制备了碳纳米管原位封装Ni3S2纳米颗粒(Ni3S2@CNT),并研究了其作为钠离子电池(SIBs)负极材料的电化学性能. 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安测试、恒流充放电以及交流阻抗等研究了Ni3S2@CNT的物相结构、形貌特征以及电化学性能. 电化学测试表明,材料在100 mA·g -1电流密度下,放电容量可以达到541.6 mAh·g -1,甚至在2000 mA·g -1的大电流密度下其放电比容量也可以维持在274.5 mAh·g -1. 另外,材料在100 mA·g -1电流密度下,经过120周充放电循环后其放电和充电比容量仍然可以保持在374.5 mAh·g -1和359.3 mAh·g -1,说明其具有良好倍率性能和循环稳定性能. 良好的电化学性能归因于这种独特的碳纳米管原位封装Ni3S2纳米颗粒结构. 碳纳米管不但可以提高复合材料的导电性,也可以缓冲Ni3S2纳米颗粒在反复充放电过程中产生的体积膨胀效应,明显改善了Ni3S2@CNT负极复合材料的电化学性能.  相似文献   

4.
对分层装填的Ni2P//MoS2催化剂上的二苯并噻吩加氢脱硫反应进行了研究。结果表明,分层装填的Ni2P/Al2O3和MoS2/Al2O3催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中存在氢溢流效应,氢溢流有助于提高MoS2催化剂的活性位密度和加氢脱硫反应速率。由于Ni2P比NiSx具有更强的氢分子解离能力,Ni2P//MoS2催化体系的氢溢流因子略高于NiSx//MoS2;相对于NiSx,Ni2P对MoS2催化剂是更好的助剂。  相似文献   

5.
杨辉  张金锋  代凯 《催化学报》2022,(2):255-264
近年来,随着人口的增加,汽车尾气的排放和化石燃料的燃烧加剧,大气中的二氧化碳含量持续增加.光催化技术是根本上解决上述问题的有效方法之一.但目前光催化技术存在催化效率低、载流子易复合等缺点.二维SnNb2O6纳米片能够有效缩短光生电子从材料内部到材料表面的传输距离,减少电子和空穴在光催化剂中的复合.但SnNb2O6的带隙较宽,导致可见光吸收率较低,而且在单一的半导体材料中,强氧化还原能力和高可见光吸收能力难以共存.CdSexS1-x-DETA是一种直接带隙半导体,在可见光范围内可调节带隙.为了提高SnNb2O6的光催化活性和光吸收范围,在两种半导体材料之间设计异质结是一种有效的方法.其中,梯型(S型)异质结可以有效促进光生电子-空穴对的分离和转移,并保持强大的氧化和还原能力,在有效降低电子空穴对的复合速率的同时,增强光催化剂的活性和稳定性.本文通过溶剂热法设计制备了S型Cd Se0.8S0.2-DETA/SnNb2O6异质结构材料,利用X射线衍射(XRD)可以观察到除Cd Se0.8S0.2-DETA和SnNb2O6物相外,没有其它组分.采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜(TEM)进一步观察了光催化剂的结构和形貌,结果表明,一维的Cd Se0.8S0.2-DETA生长在二维SnNb2O6纳米片上;能谱分析也证实该催化剂仅包含Cd Se0.8S0.2-DETA和SnNb2O6中的元素,无其它杂质;TEM的晶格条纹进一步表明两种物质是复合在一起的,不是机械的混合物.紫外可见光漫反射光谱(UV-Vis)结果表明,Cd Se0.8S0.2-DETA和SnNb2O6的吸收带边分别为1.71和2.52 e V.随着复合样品中Cd Se0.8S0.2-DETA含量的增加,其可见光吸收范围增大.光电流和阻抗响应图谱表明,Cd Se0.8S0.2-DETA/SnNb2O6复合材料具有较高的光响应和较低的阻抗,有利于电子空穴的运输.光催化CO2还原测试结果表明,30%Cd Se0.8S0.2-DETA/SnNb2O6催化CO2还原生成CO的产率(17.31μmol·g-1·h-1)最高,分别是SnNb2O6(6.2μmol·g-1·h-1)和Cd Se0.8S0.2-DETA(3.6μmol·g-1·h-1)的2.8倍和4.8倍.XRD测试结果表明,反应后光催化剂的与新鲜光催化剂的衍射峰基本相符.催化剂经过4次循环测试后催化性能基本稳定,说明光催化剂具有较好的稳定性.XPS表征结果显示,相对于纯的Cd Se0.8S0.2-DETA与SnNb2O6,复合材料中Cd,Se与S的结合能降低,周围的电子密度增大,而复合材料中Sn,Nb与O的结合能增加,周围的电子密度降低,这表明电子从SnNb2O6到Cd Se0.8S0.2-DETA的转移路径遵循S型异质结机理.综上,本文提供了一种简单的制备S型光催化方法,可以优化能带结构以促进光生载流子的分离,从而实现高效率的二氧化碳还原.  相似文献   

6.
Herein, we synthesized hierarchical MoS2/Ni3S2 structures as electrode materials grown on nickel foam by a facile hydrothermal strategy. The hierarchical MoS2/Ni3S2 structures show high specific capacitance.  相似文献   

7.
采用程序升温还原法制备了一系列Ni2P/Ce-Al2O3催化剂,考察了制备过程中Ni2P负载量对催化剂结构及萘加氢饱和性能的影响。结果表明,Ni2P负载量可调控活性组分Ni2P与载体Ce-Al2O3之间的相互作用,进而调变催化剂的比表面积、Ni2P粒径及催化剂活性位点数量。当Ni2P负载量(质量分数)为17%时,催化剂具有较大的比表面积(40 m2/g)、较小的Ni2P粒径(26.3 nm)和最多的活性位点数量(26.7 μmol/g);同时,该催化剂萘转化率为95%,十氢萘选择性为76%,且活性稳定性良好,这主要归因于催化剂大的比表面积和高的活性位点数量为反应提供了更多的场所。  相似文献   

8.
The Ni2P/MgAlO catalysts with different MgO/Al2O3 ratios were prepared by the phosphidation of corresponding Ni/Mg Al O catalysts with triphenylphosphine in liquid phase.It was found that the MgO/Al2O3 ratio affected the Ni2P/MgAlO catalysts significantly.The Ni2P/Mg Al O catalyst with the MgO/Al2O3 ratio of 3(w/w) exhibited the highly dispersed Ni2 P particles(~9 nm) with the highest CO uptake(344 μmol/g)and thus the highest activities for the hydrotreating reactions.However,based on the CO uptakes on the used catalysts,the TOF values for the hydrodesulphurization of dibenzothiophene as well as those for the hydrogenation of tetralin on all the Ni2P/MgAlO catalysts were respectively similar,indicating that the MgO/Al2O3 ratio did not affect the intrinsic activities of Ni2 P supported on the MgAlO support for the hydrotreating reactions.  相似文献   

9.
基于氟硼二吡咯(BODIPY)的骨架结构,设计合成了两种近红外荧光探针Azo-BDP1和Azo-BDP2,其Stokes位移分别为217和224 nm.作为Na2S2O4的两个可视化探针, Azo-BDP1和Azo-BDP2具有高灵敏度和高选择性.机理研究方面,采用质谱分析证实了识别机制.除此之外,探索了Azo-BDP1在生物体中Na2S2O4的荧光成像.  相似文献   

10.
采用水热合成法,在合成金属有机骨架MOF-5的过程中引入活性组分磷钼钨杂多酸(H6P2Mo15W3O62),制备出一种新型吸附剂H6P2Mo15W3O62/MOF-5。 利用H6P2Mo15W3O62/MOF-5材料对亚甲基蓝溶液进行了材料的吸附性能研究,探讨了亚甲基蓝溶液的初始pH值和初始浓度以及不同吸附温度对吸附量的影响。 结果表明,在较低的温度和亚甲基蓝溶液较低的初始pH值的条件下,有利于H6P2Mo15W3O62/MOF-5对亚甲基蓝的吸附。 实验结果能够较好地符合Langmuir吸附等温式以及二级动力学模型,对亚甲基蓝的最大吸附量可达401.6 mg/g。 热力学参数ΔG<0、ΔH<0和ΔS>0,表明H6P2Mo15W3O62/MOF-5对亚甲基蓝的吸附过程是自发、放热的。 此外,还探讨了H6P2Mo15W3O62/MOF-5对甲基紫、孔雀石绿、罗丹明B和甲基橙等其它染料的吸附性能,结果表明,H6P2Mo15W3O62/MOF-5对阳离子染料有较好的吸附效果。  相似文献   

11.
共沉淀-气固法合成Sm2Ti2S2O5催化剂及可见光制氢性能   总被引:1,自引:1,他引:0  
李越湘 《分子催化》2011,25(2):147-151
用一种改进的共沉淀-气固反应法制备了Sm2Ti2S2O5光催化剂.通过紫外-可见(UV-Vis)漫反射、X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征.以甲酸为电子给体,考察了光催化剂在可见光照射下的制氧活性.研究结果表明,相对于传统的高温固相反应来说,用改进的共沉淀-气固反应法制备Sm2Ti2S2O5,能有效地降低反应温度,...  相似文献   

12.
采用TiO2 S2 O82 -固体超强酸催化长叶烯异构化反应 ,考察了催化剂制备方法及处理催化剂所用的 (NH4 ) 2 S2 O8溶液浓度、催化剂的焙烧温度、用量、反应温度及反应时间等对催化性能的影响 ,得出最佳反应条件。TiO2 S2 O82 -固体超强酸对长叶烯异构化反应具有很高的催化活性和选择性 ,主产物为异长叶烯 ,得率高达约 96%。  相似文献   

13.
陈红卫  耿阳 《化学研究》2007,18(1):12-15
用燃烧法制备了不同Tb3+掺杂量的Y2O2S:Tb3+纳米发光材料,同时用高温固相法制备了不同Tb3+掺杂量的Y2O2S:Tb3+体相材料,X射线晶体衍射结果表明,制备的纳米材料和体相材料均为单一的Y2O2S相.由Debye-Scherre公式估算得到纳米颗粒的平均粒径大约为10 nm.讨论了纳米材料和体相材料Y2O2S:Tb3+中Tb3+的掺杂浓度对荧光性能的影响.激发光谱表明纳米材料的基质吸收带与体相材料相比向高能端移动了6nm,应用久保理论对此进行了定性的解释.  相似文献   

14.
傅利勇  吕绍洁 《分子催化》1999,13(5):367-372
在CH4、CO2 催化氧化制合成气反应中, Ni/Al2O3 催化剂在高温下生成NiAl2O4 尖晶石,是导致催化剂失活的一个重要因素. 通过向载体(Al2O3)中添加各种氧化物, 使得催化剂的抗氧化性能得到改善. 并运用TPR、XRD对催化剂进行表征, 发现催化剂的抗氧化性顺序为: Ni/CaO-Al2O3 > Ni/MgO-Al2O3 > Ni/CeO2-Al2O3 > Ni/La2O3-Al2O3 > Ni/Y2O3-Al2O3 > Ni/TiO2-Al2O3> Ni/Al2O3> Ni/Fe2O3-Al2O3.  相似文献   

15.
李春林  刘涛等 《分子催化》2001,15(5):351-354
采用水热合成法,制备了不同Al2O3含量的Ni/Zr0.4Ce0.6O2-Al2O3催化剂,采用X-射线衍射(XRD)和扩展X光吸收精细结构(EXAFS),对催化剂样品进行结构表征;考察了Al2O3的加入对催化剂结构和CH4-CO2重整反应活性的影响。结构表征和活性测试表明,催化剂中存在的主要晶相是Zr0.4Ce0.6O2.Al2O3的加入,使催化剂颗粒度变小,镍的分散度提高,并使反应活性有明显改进;而过量Al2O3的加入,却容易导致积炭。  相似文献   

16.
Ni2P/TiO2的制备及其对苯加氢反应的催化性能   总被引:2,自引:1,他引:2  
采用程序升温还原方法制备了TiO2负载的晶态Ni2P催化剂。用X射线衍射(XRD)及低温N2吸附(BET)等技术对样品的物相、比表面积等性质进行了表征。以苯气相加氢为模型反应考察了Ni2P/TiO2催化剂加氢性能,并对Ni2P负载量、前驱体中P的质量分数对催化剂的物相及性能的影响进行了研究。实验结果表明, TiO2负载的晶态磷化镍催化剂上,Ni2P是主要物相。Ni2P/TiO2催化剂对苯加氢反应具有较高的活性、选择性以及良好的稳定性能。Ni2P/TiO2制备对催化剂的性能有影响。Ni2P负载量增加,催化剂的活性先升高后降低,Ni2P负载量为12%时催化剂活性较高。催化剂前驱体中P的质量分数越高,制备出的催化剂对苯加氢反应的稳定性越好,但随前驱体中P的质量分数增加,催化反应的活性先升高,后降低。与Ni2P/SiO2比较,Ni2P/TiO2催化剂具有较高的活性和稳定性。  相似文献   

17.
采用共沉淀法制备了高分散80%Ni/Al_2O_3催化剂,经350℃焙烧,得高分散NiO/Al_2O_3(NiO粒径~3 nm),将其以CS_2硫化(310℃, 4 h)或PPh_3磷化(320℃, 36 h),分别获得了高分散的硫化镍(Ni_3S_2和Ni_3S_4, 5.8 nm)和Ni_2P(7.0nm),在二苯并噻吩(DBT)的加氢脱硫(HDS)反应中, Ni_2P的活性远高于NiS_x(360℃时DBT的转化率分别为100%和75%).若将NiS_x用PPh_3磷化,则NiS_x全部转化为Ni_2P(13.3 nm),其HDS活性远高于原来的NiS_x且与直接磷化获得的Ni_2P(7.0 nm)相当.反之,若将Ni_2P用CS_2硫化,则Ni_2P物相不变,粒径也没有长大,表明Ni_2P物相远比NiS_x稳定,且其HDS活性高于直接磷化的Ni_2P,表明其Ni_2P表面可能生成了HDS活性更高的某种Ni-P-S物种.  相似文献   

18.
Ni(OCH3)2/SiO2催化剂的制备及其合成碳酸二甲酯的反应性能   总被引:4,自引:0,他引:4  
采用表面改性和离子交换相结合的方法,制备了负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2催化剂。利用IR、TPD、TPSR和微反技术,考察了催化剂的表面结构以及CO2、CH3OH在催化剂表面上的化学吸附和反应性能。结果表明,负载型单核金属甲氧基配合物Ni(OCH3)2/SiO2中,Ni^2 与载体SiO2表面的O^2-以双齿形式配位;在催化剂表面存在CO2的桥式吸附态和甲氧碳酸酯基物种两种吸附态,CH3OH则只有一种分子吸附态。在373-473K条件下,CO2和CH3OH在催化剂上的反应物主要是DMC、H2O以及少量的CO、CH4和CH2O,催化剂的活性由表面甲氧碳酸酯基物种与分子吸附态甲醇的反应决定的。讨论了催化剂上CO2和CH3OH的活化过程及吸附态的形成机理。  相似文献   

19.
采用表面改性和离子交换相结合的方法制备了Ni2(OCH3)2/SiO2负载型双核金属甲氧基配合物催化剂,利用红外光谱(IR)、程序升温脱附(TPD)、程序升温表面反应(TPSR)和微反技术考察了催化剂的表面结构以及CO2和CH3OH的化学吸附和反应性能.结果表明:Ni2(OCH3)2/SiO2中Ni2+与载体SiO2表面O2-以双齿配位形式键合,甲氧基以桥基形式联结双金属离子形成双核物种Ni2(OCH3)2;CO2在催化剂表面存在甲氧碳酸酯基物种和桥式两种吸附态,CH3OH则只有一种分子吸附态;在100~200℃条件下,CO2和CH3OH在催化剂上的反应产物主要是DMC和H2O;根据反应结果,讨论了催化反应机理.  相似文献   

20.
Ni catalysts supported on Al2O3, ZrO2-Al2O3, CeO2-Al2O3 and ZrO2-CeO2-Al2O3 were prepared by coprecipitation method, and their catalytic performances for autothermal reforming of methane to hydrogen were investigated. The Ni-supported catalysts were characterized by XRD, TPR and XPS. The relationship between the structures and catalytic activities of the catalysts was discussed. The results showed that the catalytic activity and stability of the Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3 catalyst was better than those of other catalysts with the highest CH4 conversion, H2/CO and H2/COx ratio at 750 ℃. The catalyst showed a little deactivation along the reaction time during its 72 h on stream with the mean deactivation rate of 0.08%/h. The catalytic performance of the Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3 catalyst was also affected by reaction temperature, no2 : nCH4 molar ratio and nH2O : nCH4 molar ratio. TPR, XRD and XPS measurements indicated that the formation of ZrO2-CeO2 solid solution could improve the dispersion of NiO, and inhibit the formation of NiAl2O3, and thus significantly promoted the catalytic activity of the Ni/ZrO2-CeO2-Al2O3 catalyst.  相似文献   

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