凹形树突状PtCu纳米催化剂的合成及对甲醇电催化的研究

以邻苯二胺为表面活性剂,通过水热釜法一步制备凹形树突状PtCu双金属纳米催化剂(PtCu NCDs)。PtCu NCDs在电催化甲醇氧化(MOR)的应用中表现出非常高的活性和很强的抗有毒中间体作用。PtCu NCDs对于甲醇氧化的质量活性为(0.53 A·mg^-1 Pt)是商业Pt/C(0.26 A·mg^-1 Pt)的2.04倍。从比活性的CV曲线图对比发现PtCu NCDs(1.07 mA·cm^-2)是商业Pt/C(0.55 mA·cm^-2)的1.95倍。而且,PtCu NCDs(2.76)比商业Pt/C催化剂(1.02)表现出更高的I_f/I_b比值。这些优异的电催化活性可能归功于PtCu NCDs特殊的凹形树突状形貌。     

高CO耐性的金属间PtBi纳米片用于甲醇电氧化

我们通过热注入的方法制备了一种高CO耐性的金属间PtBi纳米片。所制备的金属间PtBi纳米片在甲醇氧化反应(MOR)中展现出优异的催化性能和良好的稳定性能，最大的质量活性高达4.09 A·mg_Pt^-1，接近商业Pt/C的3.2倍。计时电流-时间(I-t)稳定性测试之后，活性仅仅衰减5.7%，远低于商业Pt/C。CO吸附-脱附(CO-Stripping)曲线和循环伏安演变(CV-Evolution)曲线证实了金属间PtBi纳米片高的CO耐受性。     

镍/生物质衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料的制备及对甲醇氧化反应的电催化

以Ni （Ac）₂·4H₂O和生物质材料丝瓜络为原料,通过先浸渍后热解的方法制备了低成本的镍纳米颗粒/丝瓜络衍生氮掺杂多孔碳纳米复合材料（Ni/T-dNPCN）。研究复合材料对甲醇的电催化性能,并讨论热解温度对复合材料结构和性能的影响。结果表明,Ni/T-dNPCN修饰玻碳电极（GCE）在碱性条件下对甲醇氧化反应（MOR）具有良好的电催化活性。其中,800℃煅烧得到的Ni/T-dNPCN₈₀₀/GCE对1 mol·L^-1甲醇具有最低的起始电位（0.344 V （vs Ag/AgCl））、最高的催化电流密度（质量活性：1 902 mA·mg_Ni^-1;比活性：1.61 mA·cm^-2）和最快的动力学反应过程（Tafel斜率：50.23 mV·dec^-1）,其催化活性约为商业化Pt/C/GCE的3.92倍。且计时电流测试表明,Ni/T-dNPCN₈₀₀/GCE具有良好的稳定性。     

Zn掺杂Co9S8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明：锌掺杂Co₉S₈纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m²·g^-1;同时微量的锌掺杂显著增强了Co₉S₈的电催化析氢（HER）活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm^-2时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm^-2,且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g^-1时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g^-1和812.4 mF·cm^-2。     

氮掺杂有序介孔碳-Ni纳米复合材料的制备及电化学性能

以F₁₂₇为模板剂,NiCl₂为镍源,尿素为氮源,间苯二酚甲醛原位聚合树脂为碳源,分别采用均相法和两相法制备Ni-N-OMC-1,Ni-N-OMC-2纳米复合材料.X射线衍射(XRD)、激光拉曼以及透射电子显微镜(TEM)等测试结果表明,复合材料具有有序介孔结构,Ni以金属微粒形式嵌于碳骨架中,提高了有序介孔碳的石墨化程度.X射线光电子能谱测试(XPS)表明尿素热解后以4种形式存在:sp³杂化与C结合的N原子,吡啶N原子,sp²杂化与C结合的N原子以及quaternary-N原子.Ni-N的共改性改变了碳载体的理化性质,有利于Pt纳米粒子的负载与分散.均相法制备的Ni-N-OMC-1复合材料微波负载Pt后,氧还原极限电流密度为5.32mA·cm^-2,氢氧化电化学活性面积高达138.53m²·g^-1,电化学催化活性优于商业20%Pt/C材料(4.49mA·cm^-2,96.98m²·g^-1).     

石墨烯负载Ni2P纳米片作为锂硫电池的硫基复合正极材料

将磷化镍纳米片均匀负载到石墨烯(G)上制备出Ni₂P/G复合材料,并将其作为硫载体构筑了硫基复合材料(S/Ni₂P/G)。研究表明,磷化镍纳米片对可溶性多硫化物具有强的化学作用和较高的电催化活性,使S/Ni₂P/G硫基复合材料表现出良好的电化学性能。特别是,在高硫含量(80.3%)和低电解液用量(15μL·mg^-1)条件下,S/Ni₂P/G硫基复合材料展现出1 164.7mAh·g^-1的质量比容量和良好的循环稳定性。此外,S/Ni₂P/G复合材料具有高的振实密度(1.02 g·cm^-3),其体积比容量高达954.0mAh·cm^-3,约为S/G复合材料体积比容量的1.6倍。     

高活性、低载量的PtCo/C质子交换膜燃料电池催化剂的合成

利用逐步合成的方法,合成了一系列不同量硝酸处理的PtCo/C催化剂。通过燃料电池测试装置对催化剂进行了测试,结果表明PtCo/C催化剂在较低载量情况下,有着很好的性能：在50 kPa背压下,0.9 V下的电流密度达到44 mA·cm^-2,0.8 V下的电流密度超过300 mA·cm^-2;200 kPa背压下,最高功率密度超过1 300 mW·cm^-2。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）对合成的PtCo/C催化剂的形貌、组成进行了表征。XRD结果表明,催化剂中,Pt以Pt₃Co和Pt颗粒形式存在。燃料电池测试结果表明,这一系列的催化剂中,经2 mL质量分数65%的浓硝酸配制的水溶液处理过的PtCo/C催化剂,具有最好的燃料电池性能以及良好的稳定性。     

碳纳米管负载的Pd-Ag-Sn催化剂对甲酸的电氧化

采用硼氢化钠还原的方法合成了碳纳米管负载的钯基纳米催化剂（Pd/CNT,Pd₇Ag₃/CNT,Pd₇Sn₂/CNT,Pd₇Ag₁Sn₂/CNT,Pd₇Ag₂Sn₂/CNT和Pd₇Ag₃Sn₂/CNT）。通过XRD,TEM和XPS对其进行了表征,结果表明,相比Pd/CNT和Pd-Ag（或Pd-Sn）催化剂的纳米颗粒,Pd-Ag-Sn催化剂展现出了更小的平均颗粒尺寸（2.3 nm）。此外,还通过循环伏安（CV）和计时电流法（CA）测试了这些催化剂对甲酸氧化的电活性,在酸碱介质中,Pd-Ag-Sn/CNT对甲酸氧化都表现出了更高的电流密度。其中,Pd₇Ag₂Sn₂/CNT催化剂在酸碱介质中的电流密度分别是108.8和211.3 mA·cm^-2,相应的Pd质量电流密度高达1 364和2 640 mA·mg^-1,远远高于商业Pd/C,表明Pd-Ag-Sn/CNT催化剂对甲酸氧化表现出了极好的电催化活性。     

碳载体的预处理对Pt/C催化剂结构和性能的影响

采用一种新的调变多元醇制备方法,通过调节碳载体热处理条件,制备得到不同的Pt/C燃料电池催化剂。采用pH计及物理吸附仪表征碳黑表面的含氧官能团和比表面积,利用电感耦合等离子光谱、X射线衍射、透射电镜和循环伏安法分别表征催化剂的成分、物相组成、微观组织形貌和电化学性能,并与进口的Johnson Matthey(JM) Pt/C催化剂的性能进行对比。结果表明:采用调变多元醇法,以400 ℃热处理碳黑作载体所制备的Pt/C催化剂的电化学比表面积达到83 m²·g^-1,质量电流密度为49.03 A·g^-1。而进口催化剂JM 20% Pt/C的电化学比表面积为77 m²·g^-1,质量电流密度仅11.13 A·g^-1,自制催化剂即使Pt载量降低3wt%~4wt%,其电催化活性仍优于进口催化剂。     

泡沫镍原位负载双金属AlCo层状双氢氧化物纳米催化剂高效电催化析氧反应

经一步水热法在泡沫镍（NF）上原位生长获得了AlCo-LDH/NF （LDH=层状双氢氧化物）催化剂。基于AlCo-LDH的高表面积和良好相界面,催化剂表现出了优异的电催化析氧反应（OER）活性。在碱性介质中,当电流密度为200 mA·cm^-2时,AlCo₃-LDH/NF催化剂具有419 mV的低过电位和50.04 mV·dec^-1的低Tafel斜率。     

高CO耐性的金属间PtBi纳米片用于甲醇电氧化

我们通过热注入的方法制备了一种高CO耐性的金属间PtBi纳米片。所制备的金属间PtBi纳米片在甲醇氧化反应(MOR)中展现出优异的催化性能和良好的稳定性能,最大的质量活性高达4.09 A·mg_Pt^-1,接近商业Pt/C的3.2倍。计时电流-时间(I-t)稳定性测试之后,活性仅仅衰减5.7%,远低于商业Pt/C。CO吸附-脱附(CO-Stripping)曲线和循环伏安演变(CV-Evolution)曲线证实了金属间PtBi纳米片高的CO耐受性。     

Carbon black supported PtCu nanoparticles derived from mix-phased Cu precursor for high-performanced oxygen reduction reaction in acid medium

Alloying high-cost Pt with transition metals has been considered as an effective route to synthesize the electrocatalysts with low Pt loading and excellent activity towards oxygen reduction reaction (ORR) under acid solution. The galvanic replacement method, as featured with efficiency and simplicity, is widely reported to produce Pt-based bimetallic alloys and thereby declare the significance of reductive transition metal precursor on the enhancement of ORR performance. Herein, mix-phased Cu−Cu₂O precursor was applied to prepare carbon black supported highly dispersed PtCu alloy nanoparticles (PtCu/C). The proper Cu−Cu₂O ratios can exactly facilitate the generation of small sized PtCu alloy nanoparticles with regulated bimetallic content. Meanwhile, the Cu₂O phase is revealed to benefit the electron transfer from Pt to Cu and thus improve the intrinsic activity of Pt active sites. And the metallic Cu can favor the promotion of electrochemical active surface area. Consequently, the as-prepared PtCu/C behaves impressive ORR activity with half-wave potential of 0.88 V (vs. RHE) and mass activity of 0.49 A cm⁻² mg_Pt⁻¹ at 0.8 V, which is 9.8 times of commercial Pt/C catalysts. Our work will offer helpful advices for the development and regulation of novel Pt-based alloy materials towards diverse electrocatalysis.     

Preparation of Surfactant-Free Pt and PtRu Nanoparticles with High Activity for Methanol Oxidation

A simple and green approach to synthesize highly active electro-catalysts for methanol oxi- dation reaction （MOR） without using any organic agents is described. Pt nanoparticles are directly deposited on the pre-cleaned and pre-oxidized multiwall carbon nanotubes （MWC- NTs） from Pt salt by using CO as the reductant. MOR activity has been characterized by both cyclic voltammetry and chronoamperometry, the current density and mass specific current at the peak potential （ca. 0.9 V vs. RHE） reaches 11.6 mA/cm^2 and 860 mA/mgpt, respectively. After electro-deposition of Ru onto the Pt/MWCNTs surface, the catalysts show steady state mass specific current of 20 and 80 mA/mgpt at 0.5 and 0.6 V, respectively.     

氮掺杂MnCo2O4/N-KB的制备及氧还原催化性能

以Mn(Ac)_2和Co(Ac)_2作为前驱体,导电碳Ketjenblack (KB)作为负载碳源,采用水解-水热法制备氮掺杂的MnCo_2O_4/N-KB催化剂材料,对其结构特征和碱性溶液中氧还原反应的催化性能进行表征,并进一步分析其氧还原反应活性。结果表明:MnCo_2O_4/N-KB催化剂的形态是KB骨架上生长纳米级MnCo_2O_4,并且在N-KB和MnCo_2O_4之间形成化学耦合,产生协同作用,有效提高了MnCo_2O_4/N-KB催化剂的氧还原活性。MnCo_2O_4与N-KB的质量比为1∶9时,MnCo_2O_4/N-KB催化剂在O_2饱和0.1mol·L~(-1)KOH溶液中对氧还原反应的电催化性能最佳,反应的极限电流密度为5.7 mA·cm~(-2),半波电位接近0.81 V,电子转移数为4。在相同负载量下,MnCo_2O_4/N-KB催化剂相比商用Pt/C(电流密度5.2 mA·cm~(-2),半波电位0.83 V)有着更高的极限电流密度和耐久性。     

Pd-Enriched-Core/Pt-Enriched-Shell High-Entropy Alloy with Face-Centred Cubic Structure for C1 and C2 Alcohol Oxidation

High-entropy alloy nanoparticles (HEA NPs) have aroused great interest globally with their unique electrochemical, catalytic, and mechanical properties, as well as diverse activity and multielement tunability for multi-step reactions. Herein, a facile low-temperature synthesis method at atmospheric pressure is employed to synthesize Pd-enriched-HEA-core and Pt-enriched-HEA-shell NPs with a single phase of face-centred cubic structure. Interestingly, the lattice of both Pd-enriched-HEA-core and Pt-enriched-HEA-shell enlarge during the formation process of HEA, with tensile strains included in the core and shell of HEA. The as-obtained PdAgSn/PtBi HEA NPs show excellent electrocatalytic activity and durability for methanol oxidation reaction (MOR) and ethanol oxidation reaction (EOR). The specific (mass) activity of PdAgSn/PtBi HEA NPs for MOR is 4.7 mA cm⁻² (2874 mA mg_(Pd+Pt)⁻¹), about 1.7 (5.9) and 1.5 (4.8) times higher than that of commercial Pd/C and Pt/C catalysts, respectively. Additional to high-entropy effect, Pt sites and Pd sites on the interface of the HEA act synergistically to facilitate the multi-step process towards EOR. This study offers a promising way to find a feasible route for scalable HEA manufacturing with promising applications.