碳模板诱导生长Fe-Nx活性位点

能源危机和环境恶化是当今社会面临的巨大挑战. 燃料电池作为一种高效、清洁的发电装置,受到了社会各界特别是新能源行业的高度关注. 尤其是, 日本丰田推出Mirai燃料电池汽车量产上市计划, 把燃料电池及其关键技术发展推向了一个新的发展纪元. 然而, 制约燃料电池走向大规模商业化的核心问题依然是其综合性能不具竞争力. 其中, 氧电极的缓慢动力学以及贵金属Pt的有限资源、高昂成本等是关键所在, 因此, 亟待实现高性能非贵金属催化剂的突破.近年来, 大量研究表明, Fe-Nx掺杂的碳催化剂具有极大的代Pt潜力, 研究者们尝试各种手段进行开发,如: 调控Fe化合物及N前驱体的类型与添加量, 改变温度、压力等合成条件, 采用轴向配位体连接、共价接枝、球磨等非热解路线, 构建核壳、有序介孔碳、阵列、类石墨烯薄片、多孔碳等碳纳米结构, 制备石墨烯/碳纳米管、石墨烯/碳黑、碳纳米带/碳纳米管、碳纳米颗粒/碳纤维、碳球/碳纳米管/石墨烯等复合材料, 进行酸洗、造孔、二次加热等后处理, 调控不同类型Fe物种相生成等. 此外, EXAFS及M?ssbauer等谱学技术已经证实Fe-Nx特别是Fe-N4为强活性位点. 因此, 有待提出合理策略以促进非贵金属碳催化剂中Fe-Nx强活性位点的高密度掺杂.本文提出了一种碳模板诱导Fe-Nx活性位点生长的方法即通过高温热解含有Fe盐的三聚氰胺前驱体混合物, 成功制备 了Fe-Nx掺杂的碳催化剂, 并结合多种表征技术证实了碳模板对制备碳催化剂结构组成及电化学性能的影响. 形貌结果说明, 碳模板的引入有利于Fe、N化合物的均匀吸附以至于Fe基纳米颗粒的均一成核, 促使竹状碳纳米管在碳模板表面以及中间均一生长; 氮气吸脱附及孔径分布曲线显示, 引入碳模板形成的复合材料较单一的碳纳米管和碳黑材料具有提高的比表面积和总孔体积, 说明复合材料中存在两种单体的有效协同; M?ssbauer、XPS及XRD测试数据证实, 碳模板可以调控Fe、N两种元素的耦合方式, 能够抑制金属Fe和Fe碳化物等非活性Fe物种的生成、诱导Fe-N4和其它Fe氮化物等强活性Fe-Nx物种的生长. 电化学测试数据表明, 复合材料具有提升的面积活性和质量活性, 且TOF值明显提高, 说明碳模板的引入增强了Fe-Nx位点的本征活性; 此外, 复合材料的氧还原过程为高效的4e-途径, 且较商业Pt/C催化剂表现出了优异的循环稳定性和甲醇耐受性.     

微管式固体氧化物燃料电池电解质膜的制备

基于聚合物溶液相分离诱导原理提出了一种新的微管式固体氧化物燃料电池（SOFC）电解质膜制备方法,应用该方法制得了YSZ电解质微管膜,该膜由致密电解质薄层和可制成电极的多孔层组成,其中YSZ致密电解质膜和多孔层厚度分别为3～5μm和70-90μm,而多孔层内表面孔隙率高于28．1％,电解质层和多孔层之间结合紧密,可避免电解质膜开裂或剥落等导致的电池性能降低等问题．该方法具有工艺简单、成本低、可靠性好等优点,为微管式SOFC电解质膜及电池的制备提供了一条新的途径．     

X射线衍射光谱和X光电子能谱研究直接甲醇燃料电池阳极催化剂

利用Ｘ射线衍射光谱和Ｘ光电子能谱研究了甲醇电催化氧化的Ｐｔ－Ｍｏ／Ｃ催化剂,发现该内化剂主要以０价态的Ｐｔ和氧化态的Ｍｏ存在,分析了甲醇在该催化剂的活化机理。     

石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用

石墨烯是一种单原子层厚度的石墨材料,具有独特的二维结构和优异的电学、力学以及热学性能。同时它也是一种具有良好应用前景的锂离子电池电极材料。电极材料的微观结构对其性能有很大影响,利用石墨烯获得具有特殊形貌和微观结构的电极材料,能有效改善材料的各项电化学性能。本文综述了石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用研究进展。在负极复合材料中,石墨烯不仅可以缓冲材料在充放电过程中的体积效应,还可以形成导电网络提升复合材料的导电性能,提高材料的倍率性能和循环寿命。通过优化复合材料的微观结构,例如夹层结构或石墨烯片层包覆结构,可进一步提高材料的电化学性能。在正极复合材料中,石墨烯形成的连续三维导电网络可有效提高复合材料的电子及离子传输能力。此外,相比于传统导电添加剂,石墨烯导电剂的优势在于能用较少的添加量,达到更加优异的电化学性能。最后对石墨烯复合材料的研究前景进行了展望。     

铂/石墨烯氧还原电催化剂的共还原法制备及表征

使用硼氢化钠共还原法制备40% (w)铂/石墨烯电催化剂用于氧还原反应. 通过循环伏安测试发现, 这种方法制备所得铂/石墨烯催化剂对氧还原反应活性较铂/碳催化剂差, 但稳定性有所提高. 在稳定性测试中,铂/石墨烯电催化性能衰减为50%, 较铂/碳(79%)好. X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征发现在铂/石墨烯催化剂中两者存在明显交互作用, 这可能是阻止石墨烯再堆垛和防止铂颗粒团聚的主要原因. 通过对单电池性能测试也发现铂/石墨烯催化剂更有利于电池长期稳定.     

固相自引发基团置换反应制备LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2正极材料

自从2001年Ohzuku T和Makimura Y报导LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正极材料以来,其一直被认为是最有可能取代LiCoO2的新型锂离子二次电池正极材料之一。氢氧化物共沉淀法是最常用的一种合成LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的方法,通过混合氢氧化物共沉淀法可以获得有着均一分布且具有很高的振实密度的球形LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。但在氢氧化物共沉淀的过程中,如果反应没     

Pd促进ZnO/Al2O3催化乙醇水蒸气重整制氢

采用浸渍法制备了Pd促进ZnO/Al2O3催化剂, 考察了该催化剂作用时, 在水醇摩尔比为3, 常压和450 °C工作条件下乙醇水蒸气重整(SRE)制氢反应性能. 研究结果表明, 在该催化剂体系作用下的SRE反应过程中, H2、CH3CHO为主要产物, 与ZnO/Al2O3催化剂不同, Pd能促使CH3CHO发生C-C键断裂反应, 显著提高C2H5OH转化率及H2选择性, 分别达65%、55%. 还利用BET比表面积、透射电子显微镜(TEM)、热重-差示扫描量热-质谱(TG-DSC-MS)等表征手段考察了催化剂失活以及表面积炭情况, 发现Pd的加入对催化剂总积炭量并无明显影响.     

碳模板诱导生长Fe-N_x活性位点（英文）

能源危机和环境恶化是当今社会面临的巨大挑战.燃料电池作为一种高效、清洁的发电装置,受到了社会各界特别是新能源行业的高度关注.尤其是,日本丰田推出Mirai燃料电池汽车量产上市计划,把燃料电池及其关键技术发展推向了一个新的发展纪元.然而,制约燃料电池走向大规模商业化的核心问题依然是其综合性能不具竞争力.其中,氧电极的缓慢动力学以及贵金属Pt的有限资源、高昂成本等是关键所在,因此,亟待实现高性能非贵金属催化剂的突破.近年来,大量研究表明,Fe-N_x掺杂的碳催化剂具有极大的代Pt潜力,研究者们尝试各种手段进行开发,如:调控Fe化合物及N前驱体的类型与添加量,改变温度、压力等合成条件,采用轴向配位体连接、共价接枝、球磨等非热解路线,构建核壳、有序介孔碳、阵列、类石墨烯薄片、多孔碳等碳纳米结构,制备石墨烯/碳纳米管、石墨烯/碳黑、碳纳米带/碳纳米管、碳纳米颗粒/碳纤维、碳球/碳纳米管/石墨烯等复合材料,进行酸洗、造孔、二次加热等后处理,调控不同类型Fe物种相生成等.此外,EXAFS及M?sbauer等谱学技术已经证实Fe-N_x特别是Fe-N_4为强活性位点.因此,有待提出合理策略以促进非贵金属碳催化剂中Fe-N_x强活性位点的高密度掺杂.本文提出了一种碳模板诱导Fe-N_x活性位点生长的方法即通过高温热解含有Fe盐的三聚氰胺前驱体混合物,成功制备了Fe-N_x掺杂的碳催化剂,并结合多种表征技术证实了碳模板对制备碳催化剂结构组成及电化学性能的影响.形貌结果说明,碳模板的引入有利于Fe、N化合物的均匀吸附以至于Fe基纳米颗粒的均一成核,促使竹状碳纳米管在碳模板表面以及中间均一生长;氮气吸脱附及孔径分布曲线显示,引入碳模板形成的复合材料较单一的碳纳米管和碳黑材料具有提高的比表面积和总孔体积,说明复合材料中存在两种单体的有效协同;M?sbauer、XPS及XRD测试数据证实,碳模板可以调控Fe、N两种元素的耦合方式,能够抑制金属Fe和Fe碳化物等非活性Fe物种的生成、诱导Fe-N4和其它Fe氮化物等强活性Fe-N_x物种的生长.电化学测试数据表明,复合材料具有提升的面积活性和质量活性,且TOF值明显提高,说明碳模板的引入增强了Fe-N_x位点的本征活性;此外,复合材料的氧还原过程为高效的4e–途径,且较商业Pt/C催化剂表现出了优异的循环稳定性和甲醇耐受性     

燃料电池反应器在化学品与电能共生中应用北大核心CSCD

燃料电池作为能源转换装置能够高效地将化学能转化为电能,随着技术的发展人们将其作为反应器来完成高附加值的化学品的合成,同时产生一定的电能.燃料电池反应器因具有反应条件温和、反应过程可控、产物选择性高、能源利用效率高等特点,而被广泛地应用于医药中间体的制备、气体分离、水处理等多个领域.本文首先按照反应器中阴阳极区域发生反应的类型进行分类,介绍燃料电池反应器在化学品与电能联产中的研究现状和研究进展.随后描述了燃料电池反应器中存在的问题,并依照催化剂、反应过程等方向对解决方案进行探讨.最后,对几种新型燃料电池反应器的研究进行了简要的介绍并对其发展做出了展望.     

SO_4~(2-)/SiO_2表面酸性的红外光谱和密度泛函理论研究

对介孔SiO2及硫酸根促进的SiO2样品进行了原位吡啶吸附红外光谱测试,分别建立了硫酸根促进前后的SiO2表面原子簇模型,用密度泛函理论对其吡啶吸附行为进行了计算,分析了SO42-/SiO2表面酸性产生的机理.实验和计算结果表明,SO42-/SiO2表面不存在Lewis酸中心,原位红外谱图中表征Lewis酸性的特征峰对应于氢键吸附吡啶的环振动,这种氢键作用因SiO2表面的硫酸根促进而得到加强.HSO4-螯合结构为SO42-/SiO2表面Brφnsted酸中心,其酸强度强于表面磺酸基团修饰的介孔SiO2材料SO3H-MSU,而弱于HZSM-5.SO42-/SiO2的酸催化活性源于其表面的Brφnsted酸性.