丝网印刷法制备高催化活性对电极

对电极在染料敏化太阳能电池（DSCs）中主要起催化氧化还原反应及收集电荷的作用,铂对电极常用的制备方法为磁控溅射法,但其成本较高,制备条件苛刻. 本文通过引入低成本的表面活性剂Span-85,所制得的铂对电极的附着力、透光率和均匀性显著改善,实现了面积可控,与两步浸泡法和旋涂热解法制备的对电极在DSCs中的光电转换效率分别为7.30%,6.96%和7.03%. 紫外-可见吸收光谱、扫描电镜和附着力测试等结果表明,（1）添加表面活性剂有利于增加附着力及改善透光率和均匀性;（2）使用该法制备的Pt/FTO对电极的透光率与两步浸泡法制作的相同,且铂粒子分布更加均匀. 电化学阻抗图谱、塔菲尔极化曲线和循环伏安曲线结果表明,丝网印刷方法制备的Pt/FTO对电极具有更加优异的催化性能,且该法更有利于降低其生产成本和大规模生产.     

溅射-置换法制备染料敏化太阳能电池对电极Pt/FTO

采用溅射-置换(SD)法在导电玻璃(FTO)基底上制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)对电极SD-Pt/FTO.形貌表征显示,和热解法(PY)所获得的对电极(PY-Pt/FTO)相比,SD法获得的对电极SD-Pt/FTO上Pt颗粒分散性显著改善.光电流-光电压特性曲线测试表明,以SD-Pt/FTO为DSSC对电极的光电转化效率比以PY-Pt/FTO为DSSC对电极的提高了16.5%.DSSC电池性能改善与SD-Pt/FTO对电极具有较低的电阻和由Pt颗粒分散性改善引起催化性能改善密切相关.     

电沉积-置换法制备Pt/Ti对电极及其对染料敏化太阳能电池性能的提升

采用电沉积-置换法在Ti片上制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)的对电极Pt/Ti. 形貌表征结果显示, 与传统热解法制备的Pt/FTO对电极相比, Pt/Ti对电极Ti基底上Pt催化颗粒的粒径和分散性得到显著改善. 光电流-光电压特性曲线测试结果表明, 以Pt/Ti为对电极的DSSC与以Pt/FTO为对电极的DSSC相比, 光电转化效率提高了20.8%. 由于Pt颗粒分散性和粒径的改善所引起的Pt催化性能的提高、 Pt/Ti对电极更低的电阻以及Ti基底更好的反光性能是提升DSSC性能的原因.     

碳纳米纤维负载Co_3S_4复合材料的合成及其在染料敏化太阳电池对电极的应用

采用水热法合成四硫化三钴(Co_3S_4)催化材料,并利用球磨和喷涂技术将其制备成对电极,结合新型无碘电解液Co~(2+)/Co~(3+)用于染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,简称DSCs)来研究其光电性能。测试结果显示,基于Co_3S_4对电极,DSCs的能量转化效率(power conversion efficiency,简称PCE)只有6.06%,远远低于Pt对电极(8.05%)。为了提高Co_3S_4的催化能力,采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维(electrospun carbon nanofibers,简称ECs),结合水热法制备出不同负载量的碳纳米纤维负载四硫化三钴(Co_3S_4/ECs)复合催化材料用于对电极,结果表明,Co_3S_4/ECs的PCE最高可达(8.22±0.08)%,优于Pt对电极。     

过渡金属修饰对Pt/M-DMSN催化剂丙烷脱氢性能的影响

以两步法制备了一系列过渡金属(M=Fe, Co, Ni, Cu, Zn)修饰的树枝状介孔二氧化硅纳米粒子(DMSN)负载铂(Pt/M-DMSN)催化剂, 并对该系列催化剂进行了丙烷催化脱氢性能评价. X射线衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和氢气程序升温还原(H₂-TPR)表征结果表明, 不同过渡金属在DMSN载体表面分散状态不同,且与Pt的相互作用程度不同. 其中Zn-DMSN载体最有利于Pt的分散, 且反应后催化剂上积碳含量最低; Pt/Fe-DMSN催化剂中Pt与载体的相互作用力较强. 通过活性评价结果可知, Pt/Fe-DMSN催化剂表现出最优的丙烷催化脱氢性能, 丙烷初始转化率为44.2%, 反应6 h后丙烷转化率仍可达36.5%.     

基于网状铂电极的新型柔性染料敏化太阳能电池

柔性染料敏化太阳能电池（DSSCs）作为一种新型的化学太阳能电池,因其精简的封装工艺、较低廉的价格、高的化学稳定性以及可弯折等优点而备受关注. 本文介绍了一种新型的柔性DSSC的制备,其光阳极为高度有序的氧化锌（ZnO）纳米线阵列,对电极为柔性、导电、透明的网状铂(Pt networks)电极. 相对于传统的铂对电极而言,这种Pt networks对电极不仅具有优异的导电能力,还展现了极好的透光性（方阻~ 100 Ω•sq^-1,~80%透光率）和催化性能,此外,Pt networks电极可构筑于任意弯曲的衬底,具有优异的机械耐弯折性能. 在ZnO纳米线阵列的DSSCs的应用中,基于Pt networks膜的柔性DSSC的转化效率比铂纳米丝阵列 (Pt nanofiber arrays, Pt NFs）膜高出了32%.     

Al2O3负载Pt催化剂的合成及其甲醇低温催化燃烧性能研究

采用一步合成法制备了Al₂O₃负载Pt催化剂Pt/Al₂O₃,以甲醇催化燃烧作为目标反应研究了其催化性能,考察了还原剂浓度、表面活性剂用量、表面活性剂浓度和煅烧温度对Pt/Al₂O₃甲醇低温催化燃烧性能的影响。结果表明,当还原剂浓度为0.1 mol/L、表面活性剂(CTAB)用量为8.53 g/g_cat.、表面活性剂浓度为0.1 mol/L、煅烧温度为600℃时,所得催化剂的活性最高,25℃下甲醇催化燃烧的转化率达到52%。而改进一步合成法制备的负载型催化剂Pt/Al₂O₃具有更高的甲醇催化燃烧活性,25℃下甲醇催化燃烧的转化率为84%。     

CoS制备方法研究及在染料敏化电池中应用

通过简单的气-固反应法在氟掺杂的氧化锡导电玻璃(FTO)上成功制备了CoS对电极,并通过优化工艺,进一步确认了制备CoS的最佳浓度。通过扫面电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安测试(CV)、Tafel极化曲线以及光电流密度-电压特性曲线(J-V)分别研究了其表面形貌、物质结构、电催化性能和光电性能。结果表明20%浓度制备的CoS对电极具有较高的电催化活性,在一个标准太阳光照条件下(100mW.cm_-2),其光电转换效率(PCE)是7.81%,短路电流密度(J_sc)是17.3 mA.cm_?2,开路电压(V_oc)是0.74 V,填充因子(FF)是0.61,显示出与Pt对电极(7.97%)相比拟的性能。说明通过这种气-固反应法采用浓度为20%醋酸钴溶液制备的CoS薄膜具有高催化性、低成本的优点,可代替Pt作为染料敏化电池对电极。、关键词用黑体,及关键词内容用宋体。     

碳纳米纤维负载Co3S4复合材料的合成及其在染料敏化太阳电池对电极的应用

采用水热法合成四硫化三钴（Co₃S₄）催化材料,并利用球磨和喷涂技术将其制备成对电极,结合新型无碘电解液Co²⁺/Co³⁺用于染料敏化太阳电池（dye-sensitized solar cells,简称DSCs）来研究其光电性能。测试结果显示,基于Co₃S₄对电极,DSCs的能量转化效率（power conversion efficiency,简称PCE）只有6.06%,远远低于Pt对电极（8.05%）。为了提高Co₃S₄的催化能力,采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维（electrospun carbon nanofibers,简称ECs）,结合水热法制备出不同负载量的碳纳米纤维负载四硫化三钴（Co₃S₄/ECs）复合催化材料用于对电极,结果表明,Co₃S₄/ECs的PCE最高可达（8.22±0.08）%,优于Pt对电极。     

染料敏化太阳能电池用聚苯胺/石墨复合对电极的制备与性能研究

引入一种具有网状结构的导电聚苯胺为催化材料,以导电石墨为填充材料,并对其共混后丝网印刷在FTO导电面上,制备了聚苯胺/石墨复合对电极.主要解决对电极催化活性和导电特性不能有效兼顾,制作工艺复杂的问题.扫描电镜(SEM)结果表示,通过二者简单的共混后,导电聚苯胺的网状结构依然存在,石墨的加入有效填充了聚苯胺之间的空隙,在不影响原来催化活性的基础上增强了对电极的导电性.利用循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)对复合对电极的催化和导电特性进行研究.对该复合对电极组装成的DSSCs进行光电性能测试,结果表明,当石墨的质量分数达到10%时,基于聚苯胺/石墨复合对电极组装成DSSCs的光电转换效率达到了8.5%,为同等条件下传统Pt电极的123%.     

SO4-和I-共掺杂的聚苯胺对电极在染料敏化太阳电池中的应用

采用循环伏安法(CV)在掺杂氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃上, 成功聚合了SO₄^-和I^-共掺杂的聚苯胺(PANI)对电极. 利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、傅里叶红外(FT-IR)吸收光谱、CV和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法详细研究了I^-作为第二种掺杂离子及LiI掺杂浓度对所制备的PANI对电极的表面形貌, 结构和对I^-/氧化还原电对的催化活性的影响. SEM结果显示在聚合电解液中引入LiI改变了所制备的PANI对电极的形貌, 可提供更多的催化反应活性位点, 同时还改善了薄膜的孔隙性. 值得注意的是, 引入I^-共掺杂可在一定程度上使3I^-↔ +2e^-反应在相应的PANI电极上更容易进行. 在反应体系中 LiI浓度为0.02 mol·L^-1时得到的PANI对电极, 组装成电池时获得的电池效率最高可达6.52%, 相当于Pt对电极6.95%的93.8%, 比基于只掺杂 的PANI对电极的光电转换效率提高了16%, 说明 和I^-共掺杂的PANI对电极可以提高相应染料敏化太阳电池的光电转换性能, 有望在未来成为Pt对电极的替代材料.     

SO_4~(2-)和I~-共掺杂的聚苯胺对电极在染料敏化太阳电池中的应用

采用循环伏安法(CV)在掺杂氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃上,成功聚合了24SO-和I-共掺杂的聚苯胺(PANI)对电极.利用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、傅里叶红外(FT-IR)吸收光谱、CV和电化学阻抗谱(EIS)等测试方法详细研究了I-作为第二种掺杂离子及Li I掺杂浓度对所制备的PANI对电极的表面形貌,结构和对I-/3I-氧化还原电对的催化活性的影响.SEM结果显示在聚合电解液中引入Li I改变了所制备的PANI对电极的形貌,可提供更多的催化反应活性位点,同时还改善了薄膜的孔隙性.值得注意的是,引入I-共掺杂可在一定程度上使3I-?3I-+2e-反应在相应的PANI电极上更容易进行.在反应体系中Li I浓度为0.02 mol·L-1时得到的PANI对电极,组装成电池时获得的电池效率最高可达6.52%,相当于Pt对电极6.95%的93.8%,比基于只掺杂24SO-的PANI对电极的光电转换效率提高了16%,说明24SO-和I-共掺杂的PANI对电极可以提高相应染料敏化太阳电池的光电转换性能,有望在未来成为Pt对电极的替代材料.     

介孔碳负载铂催化剂的分散性和电催化活性

以介孔硅SBA-15为模板, 糠醇为碳源制备了高度有序的介孔碳(CMK-5), 并用微波法合成碳负载的铂纳米粒子的催化剂. 为改善铂微粒的分散性能, 在微波碳载过程中添加了适量的阳离子表面活性剂(CTAB). XRD和TEM测试结果表明, CTAB的加入改善了铂催化剂的分散性, 且使铂微粒的平均粒径降至2.9 nm左右. 循环伏安测试结果显示, 加入CTAB后所得Pt/CMK-5催化剂的电化学活性面积大于未加CTAB的以及商业Johnson Matthey公司的Pt/C催化剂的活性面积.     

碳纳米管添加剂对质子交换膜燃料电池低铂载量膜电极性能的影响研究

以碳纳米管（CNT）作为低铂载量膜电极（CCM）催化层（0.1 mg_Pt·cm^-2）添加剂，研究了CNT的添加方式对催化层微观结构以及膜电极性能的影响.结果表明，与常规低铂载量催化层相比，在其表面喷涂一层CNT或将CNT均匀分散到Pt/C催化层中均有利于提升低铂载量膜电极的输出性能，在70℃和100%相对湿度条件下最高输出功率比常规低铂载量膜电极的0.522 W·cm^-2分别提升了22.4%和60.0%，并且均匀分散添加方式优于分层添加方式.其原因在于分层添加CNT后改善了低铂催化层和气体扩散层之间的接触界面，降低了催化层与扩散层间的接触电阻，而均匀分散添加方式除了可降低界面接触电阻外，还显著改善了低铂催化层中的气体传输，大幅提升了Pt催化剂的利用效率，使得膜电极电化学反应电阻明显降低.进一步对均匀分散添加方式中CNT的载量进行优化，表明CNT添加量为37.5 μg·cm^-2时电池输出性能最佳，70℃和100%相对湿度条件下的最大输出功率达到0.91 W·cm^-2.本研究工作表明，将CNT均匀分散添加到催化层中是一种有效提升低铂载量膜电极性能的方法.     

甲醛还原Pt/TiO2催化剂用于温和条件下高效催化氧化甲醛

通过浸渍法(IM)和沉积-沉淀(DP)法制备了一系列Pt/TiO2(P25)催化剂,并分别用甲醛溶液和氢气还原处理催化剂.利用原位红外监测催化剂表面吸附物种在反应过程中的变化,探究了催化剂制备和还原条件及Pt负载量对催化剂结构和催化氧化甲醛活性的影响.结果显示,用DP法制备并用甲醛还原的Pt/P25催化剂中Pt颗粒分散均匀,并具有合适的粒径和高浓度的表面活性氧,显示出良好的甲醛氧化活性.在空速30000 ml/(g·h)、反应温度30°C和甲醛初始浓度50 mg/m3的条件下,0.4%Pt/P25(DP-HCHO)上的甲醛转化率达到98%,并能稳定运行100 h以上.相比之下, Pt/P25(DP-H2)由于表面活性氧较少,不利于甲酸盐氧化,活性较低. Pt/P25(IM-H2)虽然具有高浓度的表面活性氧,却同时具有最大的Pt颗粒粒径,在甲醛转化为甲酸盐和甲酸盐氧化两步反应中的活性均较差,因而甲醛氧化活性最差.     

甲醛还原Pt/TiO2催化剂用于温和条件下高效催化氧化甲醛

通过浸渍法(IM)和沉积-沉淀(DP)法制备了一系列Pt/TiO2(P25)催化剂,并分别用甲醛溶液和氢气还原处理催化剂.利用原位红外监测催化剂表面吸附物种在反应过程中的变化,探究了催化剂制备和还原条件及Pt负载量对催化剂结构和催化氧化甲醛活性的影响.结果显示,用DP法制备并用甲醛还原的Pt/P25催化剂中Pt颗粒分散均匀,并具有合适的粒径和高浓度的表面活性氧,显示出良好的甲醛氧化活性.在空速30000 ml/(g·h)、反应温度30°C和甲醛初始浓度50 mg/m3的条件下,0.4%Pt/P25(DP-HCHO)上的甲醛转化率达到98%,并能稳定运行100 h以上.相比之下, Pt/P25(DP-H2)由于表面活性氧较少,不利于甲酸盐氧化,活性较低. Pt/P25(IM-H2)虽然具有高浓度的表面活性氧,却同时具有最大的Pt颗粒粒径,在甲醛转化为甲酸盐和甲酸盐氧化两步反应中的活性均较差,因而甲醛氧化活性最差.     

超声辅助浸渍法制备高分散Pt/CMK-3-US加氢脱萘催化剂

以CMK-3介孔碳作为载体,分别采用传统浸渍法、超声辅助浸渍法、载体硝酸处理法和表面活性剂辅助浸渍法备了Pt/CMK-3、Pt/CMK-3-US、Pt/CMK-3-HNO_3和Pt/CMK-3-CTAB催化剂,并通过表征和催化性能评价进行研究。表征方法包括XRD、BET、SEM、TEM和H2-TPR,结果表明Pt/CMK-3中Pt分散性最差,Pt/CMK-3-HNO_3和Pt/CMK-3-CTAB中Pt的分散度较好,但是HNO_3对介孔碳的孔道结构有破坏作用,且Pt/CMK-3-HNO_3和Pt/CMK-3-CTAB中的介孔碳的表面性质具有明显变化,只有超声法可以在很好地保持CMK-3的孔道结构和表面性质的基础上提高铂的分散度,Pt的粒径在3 nm左右。萘加氢催化性能评价结果表明Pt/CMK-3-US的催化加氢活性及产物选择性高于Pt/CMK-3,且明显高于Pt/CMK-3-HNO_3和Pt/CMK-3-CTAB。萘转化率可以达到98%以上,十氢萘选择性可以达到95%以上。     

铂纳米簇/聚酰亚胺杂化膜反应器的制备及其在催化苯部分加氢中的应用

研究了铂纳米簇/光敏性聚酰亚胺(Pt/PSPI)杂化膜在苯部分加氢制环己烯反应中的催化性能. 通过微波加热法还原氯铂酸, 制备了单分散 Pt 纳米簇, 并将其掺入到光敏性聚酰胺酸基体中, 通过热亚胺化法得到 Pt/PSPI 杂化膜. 透射电镜表明, 铂纳米颗粒平均粒径为 3.7 nm. 用 Pt/PSPI 催化液相苯加氢反应, 环己烯选择性达到 72.4%.     

高效铂-纳米多孔金催化剂的设计和制备

使用去合金法制备了孔径和孔壁均匀的纳米多孔金(NPG)电极.研究发现NPG对甲酸、甲醛的氧化具有很高的电催化活性.如在NPG基体再沉积微量的铂,不仅明显改善了NPG的结构稳定性,而且由于Pt、Au两组分之间的协同效应而使该催化剂对有机小分子的电催化氧化具有比纯铂更高的催化活性和更强的抗催化毒物能力.     

超声辅助浸渍法制备高分散Pt/CMK-3-US加氢脱萘催化剂

以CMK-3介孔碳作为载体,分别采用传统浸渍法、超声辅助浸渍法、载体硝酸处理法和表面活性剂辅助浸渍法备了Pt/CMK-3、Pt/CMK-3-US、Pt/CMK-3-HNO₃和Pt/CMK-3-CTAB催化剂,并通过表征和催化性能评价进行研究。表征方法包括XRD、BET、SEM、TEM和H₂-TPR,结果表明Pt/CMK-3中Pt分散性最差,Pt/CMK-3-HNO₃和Pt/CMK-3-CTAB中Pt的分散度较好,但是HNO₃对介孔碳的孔道结构有破坏作用,且Pt/CMK-3-HNO₃和Pt/CMK-3-CTAB中的介孔碳的表面性质具有明显变化,只有超声法可以在很好地保持CMK-3的孔道结构和表面性质的基础上提高铂的分散度,Pt的粒径在3 nm左右。萘加氢催化性能评价结果表明Pt/CMK-3-US的催化加氢活性及产物选择性高于Pt/CMK-3,且明显高于Pt/CMK-3-HNO₃和Pt/CMK-3-CTAB。萘转化率可以达到98%以上,十氢萘选择性可以达到95%以上。