硼、磷共掺杂铁钴双金属材料的制备及其电催化析氧性能

采用一步水热法合成了硼、磷共掺杂铁钴材料(Fe-Co-B-P)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对所合成材料的形貌、结构和组成进行表征。利用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术研究材料电化学析氧反应(OER)性能。结果表明，Fe-Co-B-P表面疏松且粗糙，颗粒间有许多空隙。在电流密度为10和100 mA·cm^-2时，其过电势分别为278和309 mV，Tafel斜率为24 mV·dec^-1，说明该材料具有较优的电催化析氧性能。其在连续进行10 h的计时电位测试过程中，电势基本保持在1.55 V (vs RHE)，表明该催化剂具有较好的电化学稳定性。这是由于铁钴双金属与硼、磷非金属之间的协同作用促进了电子的传递。     

B-Co3O4/C复合纳米材料的制备及其电催化析氧性能

本文以雪莲果为碳源,采用热解法制备碳材料(C),以硝酸钴、四硼酸钠和碳材料为原料,通过热解法合成硼掺杂四氧化三钴/碳(B-Co₃O₄/C)复合纳米材料。运用XRD、FTIR、SEM、XPS等手段对其结构、形貌和组成进行表征。利用线性扫描(LSV)和Tafel曲线等电化学测试方法研究了B-Co₃O₄/C复合纳米材料的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,该材料具有较好的电催化OER活性。在1.0mol/L的KOH电解液和10mA·cm^-2的电流密度下,B-Co₃O₄/C复合纳米材料的过电位为293mV,Tafel斜率为45.0mV·dec^-1。在10mA·cm^-2电流密度下连续测试10h, B-Co₃O₄/C的电位变化不大,通过法拉第效率测试该催化剂的产氧效率为94%,说明硼原子的掺入改变了B-Co₃O₄...     

纳米多孔Ni和NiO的制备及电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金相结合的方法制备了纳米多孔Ni, 经热处理氧化获得纳米多孔NiO, 利用X射线衍射仪(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附仪(BET)对纳米多孔Ni和NiO的物相、 形貌结构和孔径分布进行了表征, 并通过循环伏安、 稳态极化和电化学阻抗分析研究了电极的电催化析氧性能. 结果表明, 由Ni₃₀Al₇₀所得纳米多孔Ni具有多层次纳米多孔结构, 在10 mA/cm ²电流密度下析氧过电位仅为224 mV, 交换电流密度为0.63297 mA/cm ², 表观活化自由能为40.297 kJ/mol, 经1000次循环后, 过电位降低了5 mV(j=10 mA/cm ²), 表现出良好的催化稳定性和耐久性; 热处理氧化降低了NiO的比表面积与电化学活性面积, 平衡电位下扩散传质速率明显减小, 析氧活性较Ni电极有所下降.     

Ni2P/Cu(OH)2催化剂的制备及其全解水性能研究

通过化学处理法在泡沫铜基底表面生成Cu(OH)₂纳米线,大大增加了基底材料的表面积和导电性.采用水热法在Cu(OH)₂纳米线表面制备片状Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体,对Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体进行低温磷化得到多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的物质结构和表面形貌进行了表征.采用线性伏安法、恒电位等技术对催化剂的电化学性能进行测试.在1.0 mol·L^-1 KOH碱性溶液中,当电流密度为10 mA·cm^-2时,Ni₂P/Cu(OH)₂的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)过电位分别为133和333 mV,且均具有较好的稳定性.将这种多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂分别用作阳极和阴极进行全解水电解,电流密度达到10 ...     

Ni-Co/RuO2复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用快速凝固结合去合金化的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,利用RuO_2对Ni-Co合金进行表面修饰,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多孔材料进行物相分析和形貌表征,并通过线性扫描伏安法、多电位阶跃法、交流阻抗法和恒电流电解法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果表明,Ni-Co/RuO_2复合电极材料在50 mA·cm~(-2)电流密度下析氢过电位为180 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为4.42 mA·cm~(-2),经10 h恒电流电解后电位仅增加20 mV,表现出良好的析氢稳定性。     

多壳层中空FeP微球的制备及全Ph范围的电催化产氢性能

设计合成了一种多壳层中空多孔结构的磷化铁(FeP)微球, 通过扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对微球的表面形貌和物相组成等进行表征, 并通过电化学工作站测试了材料的析氢性能. 结果表明, FeP微球和掺杂导电剂碳纳米管(CNT)后的FeP/CNT复合电催化剂在宽pH范围的电解液中均展现出了优异的电催化活性, 在酸性、 碱性和中性条件下析氢反应过程中的塔菲尔斜率分别为55.0, 64.9, 163.2 mV/dec, 当电流密度达到10 mA/cm ²时, 过电势仅分别为97, 169, 495 mV(vs. RHE), 且表现出了超长的循环稳定性.     

MoS2-石墨烯的制备及其电催化析氢性能的研究

本文利用改进的Hummers方法合成层状的石墨烯,并用原位合成法在石墨烯上负载了颗粒状二硫化钼。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱分析仪(XPS)、粉末X-射线衍射仪(XRD)、比表面及孔隙度分析仪对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;使用电化学工作站测试催化剂的线性循环伏安和Tafel曲线来分析所合成催化剂的电化学析氢性能。结果表明在所有样品中石墨烯/二硫化钼-21.7复合物的电催化性能最好,其在电流密度为-10 mA·cm~(-2)时过电位为-193 mV。     

不同晶型MnO2纳米阵列的可控合成及其电催化析氧性能

采用一步水热法,通过改变反应温度和硫酸的用量,在碳纸(CFP)表面可控合成了α?MnO₂纳米线和δ?MnO₂纳米片阵列,研究了MnO₂纳米阵列的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,在碱性介质中,α?MnO₂纳米线阵列的OER活性优于δ?MnO₂纳米片阵列,在电流密度为10 mA·cm^-2时,α?MnO₂纳米线阵列的析氧过电位为444 mV(δ?MnO₂纳米片的过电位为522 mV)。通过X射线光电子能谱的表征分析可知,更高含量的Mn³⁺和表面更丰富的氧空位浓度是α?MnO₂纳米线阵列催化活性更高的原因。     

Al3+离子掺杂δ-MnO2的制备和电化学性能

采用水热法合成了不同比例Al³⁺离子掺杂的δ-MnO₂纳米粉体.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)和恒电流充放电(GCD)曲线等手段对材料的结构和电化学性能进行了表征.结果表明, Al³⁺离子进入δ-MnO₂的晶格替代部分Mn³⁺和Mn⁴⁺离子,使得δ-MnO₂电极的性能明显提升.当反应物中Al³⁺/Mn²⁺摩尔比为0.45时,所得样品(A0.45M)的性能最好;其在1 A/g电流密度下的比电容为207.61 F/g,是纯相δ-MnO₂(A0M)的2.4倍;其在10 A/g电流密度下循环10000次后的比电容为100.81 F/g,容量保持率为81.33%.     

钨掺杂的铁镍基层状氢氧化物用于电催化析氧和析氢反应

采用简便的一步水热合成法,在泡沫镍上原位生长微量W~(6+)掺入的Fe_(0.2)Ni(OH)_2双金属层状氢氧化物(LDH),以此来降低铁镍材料的过电势。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱(Raman)等分析方法对材料形貌、组成、结构等进行表征,发现钨掺杂使催化剂材料的晶体结构和电子结构发生变化,W_(0.03)Fe_(0.2)Ni(OH)_2LDH表现出优异的电化学析氧(OER)和析氢(HER)性能。电化学测试表明该催化剂在25 mA·cm~(-2)电流密度下OER和HER过电势分别仅有271和208 mV,塔菲尔斜率分别为61和181 mV·dec~(-1)。此外,经过长达20 h计时电位稳定性测试后,材料的催化性能未见明显下降。     

脊椎状NiCo2O4纳米棒的制备及其析氧和氧还原性能研究

以水热法并进一步焙烧合成脊椎状NiCo₂O₄纳米棒,通过透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）和热重分析仪（TG）等来表征其结构形态及热稳定性.采用线性扫描法（LSV）、循环伏安（CV）研究所制备催化剂的在玻碳和旋转圆盘电极上的电催化活性：在0.1 mol·L^-1 KOH溶液中的电催化析氧反应（OER）和电催化氧还原反应（ORR）.研究结果表明,所制备的脊椎状NiCo₂O₄纳米棒有大量的不饱和态,200℃焙烧制备的脊椎状NiCo₂O₄纳米棒析氧过电位最小可达309 mV,Tafel斜率145.6 mV/dec,其氧还原极限电流密度在1600 rmp可达到5.095 mA·cm^-2,电子转移数在3.2~3.8之间,接近四电子转移机理,其优良电化学性能可能是由于暴露了更多的边缘缺陷的缘故.     

纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N2吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安(LSV)曲线、交流阻抗(EIS)谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明:在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N₂吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安（LSV）曲线、交流阻抗（EIS）谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明：在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

氧化镉改性石墨毡作为高性能的钒电池负极

为了提高原始石墨毡(GF)对V3+/V2+氧化还原反应的电催化活性和降低析氢反应对电池性能的影响,本文采用水热法将氧化镉(CdO)纳米颗粒负载于石墨毡表面,制备出改性石墨毡(CdO/GF)作为高性能的钒电池负极。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)进行表面形貌和物相分析得出:CdO纳米颗粒均匀负载于石墨毡纤维表面;线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗谱测试(EIS)表明:相对于GF,CdO/GF有效抑制了析氢反应的活性,CdO/GF对于V3+/V2+氧化还原反应的电化学活性和可逆性有显著的提高,电荷转移阻抗也有明显的减小;单电池测试中,对比GF,CdO/GF的放电容量衰减速率有显著的下降,在90 mA·cm-2的电流密度下的电压效率和能量效率提高了约5%。在多次充放电循环过程中,CdO/GF的催化性能显示出良好的稳定性。     

Incorporation of Fe in mixed CoCu-alkoxide hollow sphere for enhancing the electrochemical water oxidation performance

The promotion of water electrolysis performance heavily relies on the development of affordable and efficient electrocatalytic materials for the oxygen evolution reaction (OER). In this study, ternary Fe-substituted CoCu-glycerate microspheres (CoCuFe(X)-Gly) with cobalt (Co):copper (Cu):iron (Fe) atomic ratio of 2:1-X:X (X = 0.15, 0.3, 0.5, 0.8) have been prepared through facile template-free solvothermal method to examine their performance as alkaline OER catalyst. The results suggested that Fe incorporation could enhance the OER activity, and all Fe-modified samples showed lower overpotential with faster kinetic, as revealed by their Tafel slope and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. Among the fabricated samples, CoCuFe(0.5)-Gly possessed the smallest overpotential of 317 mV at 10 mA/cm² with 3.58-fold higher current density than that of Fe-free CoCu-Gly at the overpotential of 350 mV. Cyclic voltammetry (CV) disclosed that Fe incorporation imposed strong electronic interactions that facilitate the transformation of metal-glycerate surface into active oxyhydroxide species under anodic condition prevalent before oxygen evolution reaction. Using various characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), Brunauer–Emmett–Teller (BET) method of surface area analysis, and thermogravimetric analysis (TGA), the physiochemical traits of samples have been carefully elucidated to determine the changes applied upon Fe substitution. Also, through Fe introduction, owing to the outward diffusion of ions to replace 2-propanol with glycerol, the solid microspheres partly become hollow which results in higher BET surface area and increase in accessible active sites. However, the evaluation of current density normalized by electrochemical active surface area (ECSA) indicates that the promotional effect of Fe was not solely related to the higher surface area but also because the intrinsic activity of Fe-modified samples has also been enhanced. The durability of optimal CoCuFe(0.5)-Gly catalyst has been examined using chronopotentiometry, chronoamperometry and potential cycling methods the findings of which suggest the good short-term and long-term stability of catalyst.     

Electrochemical application of titanium dioxide nanoparticle/gold nanoparticle/multiwalled carbon nanotube nanocomposites for nonenzymatic detection of ascorbic acid

Titanium dioxide nanoparticle/gold nanoparticle/carbon nanotube (TiO₂/Au/CNT) nanocomposites were synthesized, and then characterized using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). A TiO₂/Au/CNT nanocomposite-modified glassy carbon (GC) electrode was prepared using the drop coating method and was investigated using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV), and amperometric current–time response (I-T). The modified material is redox-active. The nonenzymatically detected amount of ascorbic acid (AA) on the TiO₂/Au/CNT electrode showed a linear relationship with the AA concentration, for concentrations from 0.01 to 0.08 μM; the sensitivity was 117,776.36 μA?·?cm^?2?·?(mM)^?1, and the detection limit was 0.01 μM (S/N?=?3). The results indicated that the TiO₂/Au/CNT nanocomposite-modified GC electrode exhibited high electrocatalytic activity toward AA. This paper describes materials consisting of a network of TiO₂, Au, and MWCNTs, and the investigation of their synergistic effects in the detection of AA.     

扫帚状氧化铈制备及其对Pt基阳极催化剂催化性能的影响

采用水热合成法,合成了比表面积为175 m~2·g~(-1),孔径在2~4nm范围内的扫帚状CeO_2。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO_2/RGO催化剂,探究扫帚状CeO_2的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)对所制备的CeO_2及催化剂进行表征。利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明,催化剂中CeO_2保持原有扫帚状,Pt纳米粒子均匀分布于石墨烯载体表面;当m_(RGO)∶m_(CeO2)=1∶2时,添加了扫帚状CeO_2的Pt-CeO_2/RGO催化剂的电催化性能最优,电化学活性表面积为102.83 m~2·g~(-1),对乙醇氧化的峰值电流密度为757.17A·g~(-1),1 000 s的稳态电流密度为108.17 A·g~(-1),对乙醇催化氧化反应的电荷转移电阻最小,活化能最低。     

琥珀酸构建具有超级电容器性能的混合金属有机骨架

采用简单的溶剂热法合成了混合金属有机骨架材料（MOF （Ni,Co））,然后通过X射线衍射、FT-IR、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和N₂吸附-脱附对制备的材料进行了表征,并进一步研究了其作为超级电容器电极材料的性能。结果表明,具有独特的纳米花状结构的MOF （Ni_1.2Co_0.8）可以提供更多的电活性位点,从而具有优异的电化学性能,在1 A·g^-1时的比电容为850 F·g^-1。同时本研究工作说明MOF （Ni）电极材料在掺杂适量钴元素后,可增强电极内部电子/离子转移,降低活性物质和电解液之间的接触电阻,提高导电性,增强电化学性能。