甲醇在Pd基电催化剂上的氧化

以多壁碳纳米管(MWCNT)和碳黑为载体, 用交替微波加热的方法制备了担载型Pd电催化剂, 并表征了其微观形貌和电化学性能. 透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)结果显示, Pd在MWCNT载体上有较好的分散度, 平均粒径为4 nm. 循环伏安、计时电位和交流阻抗的测试结果表明, 在碱性溶液中, Pd/MWCNT显示出良好的甲醇氧化性能. 在Pd/MWCNT催化剂上, 甲醇氧化的起始电位比在Pt/C上负移100 mV 左右. Pd/MWCNT高的催化活性不仅与它的高的活性表面积有关, 而且和Pd与载体MWCNT之间的协同作用有关.     

分级骨架和多层的Pt-Ni纳米晶体用于高效氧还原和甲醇氧化反应

燃料电池是电动汽车和电子设备最有前途的清洁能源之一.Pt催化剂在氧还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)中的电催化性能对电池系统的能源效率和电池的价格起着至关重要的作用,因此设计高效的电催化剂以最大限度地提高铂的利用率,从而增强电催化效果、降低成本,已经成为燃料电池发展的一个重要方向.早期的研究表明,铂基催化剂可以有效地提高电催化性能,并且它们的组成和形貌被认为是影响催化剂活性的两个关键因素.至今,已合成出各种各样的Pt基催化剂,如Pt-Pb/Pt核壳纳米盘、Pt3Co凹面立方体、Pt-Cu-Rh纳米笼、Pt-Pd纳米枝晶等,其中纳米枝晶结构的催化剂表现出很好的氧还原性能,其高效的催化活性被认为是暴露出的较高的比表面积促进了电子转移以及拥有较多的Pt活性位点.本文采用简单的溶剂热法合成了具有大比表面积的Pt-Ni分层骨架结构(Pt-Ni HSNs)催化剂,为了验证反应物所起的作用,通过收集不同反应时间下的产物和控制单一变量,我们发现在合成配方中加入H2SO4是此类Pt-Ni纳米晶体成功生长的关键触发因素.在H2SO4的诱导下,Pt和Ni原子倾向于沉积在(111)面,促使Pt-Ni合金沿晶面方向生长为八面体结构,在此过程中发生了粒子自组装成长以及相分离过程,最后我们用酸蚀法制造了Pt-Ni HSNs,并通过TEM,XRD和XPS表征其微观结构及组成,证实了Pt-Ni HSNs已经形成合金结构.在酸性条件下,Pt-Ni HSNs在ORR反应中展示出比商业Pt/C更好的活性.在0.9 V时的质量活性为1.25 A mgpt–1,是商业Pt/C质量活性的8.9倍,并且在10000圈的耐久性测试中,Pt-Ni HSNs的质量活性仅仅损失了21.6％,远低于Pt/C损失的活性比例.Tafel曲线和旋转环盘测试结果表明,Pt-Ni HSNs在ORR反应中发生的是4电子过程,证实了它的高活性.另外,在酸性溶液中,Pt-Ni HSNs表现出了比商业Pt/C更好的MOR催化活性,且抗CO中毒能力更强.这可归因于两点:(1)Pt-Ni HSNs是由多个小颗粒组装而成,大大提高了与电解液的接触面积;(2)它独特的骨架结构减少了颗粒间团聚的可能性,有利于质子的转移.本文为设计先进的铂基电催化剂提供了一种新的自组装方法.     

分级骨架和多层的Pt-Ni纳米晶体用于高效氧还原和甲醇氧化反应

燃料电池是电动汽车和电子设备最有前途的清洁能源之一.Pt催化剂在氧还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)中的电催化性能对电池系统的能源效率和电池的价格起着至关重要的作用,因此设计高效的电催化剂以最大限度地提高铂的利用率,从而增强电催化效果、降低成本,已经成为燃料电池发展的一个重要方向.早期的研究表明,铂基催化剂可以有效地提高电催化性能,并且它们的组成和形貌被认为是影响催化剂活性的两个关键因素.至今,已合成出各种各样的Pt基催化剂,如Pt-Pb/Pt核壳纳米盘、Pt3Co凹面立方体、Pt-Cu-Rh纳米笼、Pt-Pd纳米枝晶等,其中纳米枝晶结构的催化剂表现出很好的氧还原性能,其高效的催化活性被认为是暴露出的较高的比表面积促进了电子转移以及拥有较多的Pt活性位点.本文采用简单的溶剂热法合成了具有大比表面积的Pt-Ni分层骨架结构(Pt-Ni HSNs)催化剂,为了验证反应物所起的作用,通过收集不同反应时间下的产物和控制单一变量,我们发现在合成配方中加入H2SO4是此类Pt-Ni纳米晶体成功生长的关键触发因素.在H2SO4的诱导下,Pt和Ni原子倾向于沉积在(111)面,促使Pt-Ni合金沿晶面方向生长为八面体结构,在此过程中发生了粒子自组装成长以及相分离过程,最后我们用酸蚀法制造了Pt-Ni HSNs,并通过TEM,XRD和XPS表征其微观结构及组成,证实了Pt-Ni HSNs已经形成合金结构.在酸性条件下,Pt-Ni HSNs在ORR反应中展示出比商业Pt/C更好的活性.在0.9 V时的质量活性为1.25 A mgpt–1,是商业Pt/C质量活性的8.9倍,并且在10000圈的耐久性测试中,Pt-Ni HSNs的质量活性仅仅损失了21.6％,远低于Pt/C损失的活性比例.Tafel曲线和旋转环盘测试结果表明,Pt-Ni HSNs在ORR反应中发生的是4电子过程,证实了它的高活性.另外,在酸性溶液中,Pt-Ni HSNs表现出了比商业Pt/C更好的MOR催化活性,且抗CO中毒能力更强.这可归因于两点:(1)Pt-Ni HSNs是由多个小颗粒组装而成,大大提高了与电解液的接触面积;(2)它独特的骨架结构减少了颗粒间团聚的可能性,有利于质子的转移.本文为设计先进的铂基电催化剂提供了一种新的自组装方法.     

Fe3O4/C的制备与电化学性能研究

应用共沉淀法并以原位聚合苯胺包覆Fe3O4作碳源制备Fe3O4/C的复合材料.XRD、SEM、TEM等测试显示,样品中Fe3O4纳米颗粒(40～80 nm)均匀分散在无定形碳的内部.在50 mA.g-1电流密度下,经过30次循环充放电测试,该材料的容量仍保持在1000 mAh.g-1左右.     

水热还原法合成LiFePO_4及电化学性能研究

以可溶性三价铁盐FeCl3为铁源,Fe粉作还原剂,应用水热还原法合成LiFePO4.XRD、红外光谱及SEM形貌表征表明,在水热条件下,铁粉能完全将三价铁还原为二价铁,得到单一相LiFePO4,且其颗粒团聚形成花簇状;而LiFePO4经过葡萄糖的热解包覆碳生成LiFePO4/C后,颗粒转变似球状.电化学性能测试结果表明,虽然单相LiFePO4的放电容量很低,但LiFePO4/C却表现出良好的倍率性能和循环稳定性.     

甘油在氧化物/钯复合催化剂上的电氧化研究

应用交替微波加热法制备碳载氧化物和Pd的复合催化剂,并以电化学方法研究这一新型催化剂在碱性条件下对甘油的氧化性能.实验表明,Pd/C催化剂对甘油的电化学氧化有较好活性,但氧化物复合的非铂催化剂对甘油的电化学氧化显示出更高的活性,相对于Pd/C催化剂,其氧化起始电位发生负移及峰电流大幅度提高.本工作还优化了氧化物与Pd的比例.结果证明,氧化物的加入使复合催化剂对甘油氧化产生了协同效应.     

葡萄糖在纳米Pt/C电极上的电催化氧化

用交替微波法制备纳米PVC催化剂,研究和比较葡萄糖在光亮Pt和纳米Pt/C电极上的氧化行为.实验表明,Pt纳米化后,电极反应过电位降低,动力学速率相应提高,从而使电化学性能得到改善.其催化活性和抗毒化能力大于光亮Pt的可能原因即在Pt纳米化后,大幅度提高了表面积,结果不仅增加其电极活性,而且含氧物也容易接近受毒化的反应点,从而较易氧化毒化物而使电极再次活化.     

立体构造石墨烯材料对铅酸蓄电池负极性能影响的研究

以具有高比表面积、优良的导电性和高稳定性的立体构造石墨烯材料（stereotaxically-constructed graphene, SCG）作为添加剂,加入到铅酸蓄电池负极活性材料中,通过XRD、SEM和电化学测试手段系统地分析其对电池性能的影响. 结果表明,SCG材料可以抑制硫酸铅晶体的生长,促进硫酸铅向海绵状铅的转变,延缓不可逆硫酸铅在负极的积累,在0.1 C放电速率下,添加有SCG材料的铅酸蓄电池的负极活性材料的初始放电容量为173.8 mAh·g ^-1,比未添加碳材料的(151.6 mAh·g ^-1)高14%. 在高速率部分荷电状态(HRPSoC)条件下, 添加SCG材料的电池循环寿命达到10,889圈,是未在负极活性材料中添加碳材料的电池的循环寿命的303%. 这些结果验证了立体构造石墨烯材料对铅酸蓄电池的积极影响,展现了其在铅酸蓄电池中的良好的应用前景.     

醇在载钯碳化钨/碳纳米管催化剂上的氧化

用交替微波法制备了碳化钨与多壁碳纳米管复合材料(WC/MWCNT),以该材料为载体制备了Pd基催化剂(Pd-WC/MWCNT),并将催化剂用于醇的催化氧化反应.结果表明,Pd-WC/MWCNT催化剂对乙醇的催化氧化活性是Pd/C催化剂的5倍.交换电流密度测量和反应活化能计算表明,Pd-WC/WIWCNT催化剂对乙醇催化氧化的交换电流密度比Pd/C大两个数量级,反应活化能低一倍以上.Pd-WC/MWCNT催化剂催化氧化乙醇性能的大幅度提高是碳化钨与Pd颗粒的协同效应和碳纳米管的结构效应共同作用的结果.     

迫呫吨并呫吨的快速合成及其光电性能

用微波碳浴法,以2-萘酚为原料,快速合成了迫呫吨并呫吨.优化后的反应条件:醋酸铜(Cu(OAc)₂)做氧化剂;Cu(OAc)₂与2-萘酚的量的比为3:1;加热时间为210s左右。在氯仿溶液中,其吸收光谱与发射光谱呈镜面对称关系,最大发射峰波长约为445nm,且呈现较高的荧光量子效率。循环伏安法测得该化合物的最高占有分子轨道(HOMO)和最低未占有分子轨道(LUMO)分别为5.45eV,3.00eV。