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.     

温度对贮氢合金MlNi3.75Co0.65Mn0.4Al0.2动力学性能的影响

在-20℃～85℃的范围内系统地研究了温度对贮氢合金MINi3.75Co0.65Mn0.4Al0.2动力学性能的影响.结果表明:该贮氢合金电极的电化学反应电阻Rt,欧姆内阻Ro,阴极极化过电位,阳极极化过电位,阳极极化过程中的电化学反应过电位ηa和浓差极化过电位ηa均随温度的升高而减小,该电极的交换电流密度i0,对称因子β和电极中氢的扩散系数D随温度的升高而增大.当放电电流密度较低时,电化学反应是整个电极过程的速度控制步骤;当放电电流密度较高时,氢的扩散是整个电极过程的速度控制步骤;在中等放电电流密度下,电极过程由电化学过程和氢的扩散过程混合控制.该电极中电化学反应过程和氢扩散过程的活化能分别为28.1 kJ·mol-1和19.9 kJ·mol-1.     

金属有机骨架化合物（MOFs）作为储氢材料的研究进展*

氢的储存对于21世纪氢经济时代的发展至关重要。金属有机骨架化合物（MOFs）因具有纯度高、结晶度高、成本低、能够大批量生产和结构可控等优点,在气体存储尤其是氢的存储方面展示出广阔的应用前景。本文详细综述了近年来MOFs类化合物（MOF-5、IRMOFs和MMOMs）作为储氢材料的研究进展,介绍了各种用于改善MOFs材料储氢性能的结构改性方法,总结了MOFs储氢材料在理论模拟计算方面的研究进展,并指出了MOFs储氢材料目前存在的不足和发展方向。     

由扩散阻抗过渡区求金属氢化物电极中氢扩散系数的不确定性(英文)

本文参照文献[1] 报导的利用扩散阻抗过渡区求金属氢化物电极中氢扩散系数的方法测定了MlNi3.75Co0 .6 5Mn0 .4 Al0 .2 电极中氢的扩散系数 .结果发现 :运算过程中由于所用到的一些函数具有周期性 ,使计算结果变为多解 ,而且这些解之间存在着数量级上的差别 ;对同一组实验数据 ,过渡区内依据不同频率点求得的扩散系数也很不同 .总之 ,该方法尚不成熟 ,有待于进一步完善     

钴的添加形式对氢氧化镍电极性能的影响

研究了钴元素分别以Co ,CoO ,Co +CoO三种形式作为添加剂并分别以与Ni(OH) 2 用机械混合的方式添加到电极活性物质中时对镍电极性能的影响 ,用循环伏安法和电化学交流阻抗法对实验结果进行分析 .结果表明 :对于机械混合的添加方式 ,Co ,CoO和Co +CoO三种形式的钴添加剂均可在一定程度上改善镍电极的性能 .其中 ,当钴以CoO的形式添加时镍电极的性能最好 .这是因为三种形式的添加剂均在一定程度上改善了活性物质Ni(OH) 2 的结构、增强了电极中质子的传输能力 ,从而提高了镍电极反应的可逆性 ,强化了镍电极的析氧极化 ,并提高了镍电极的充电效率 ,其中CoO的作用效果最明显 .     

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     

低温燃料电池氧电极催化剂*

氧电极催化剂及缓慢的阴极氧还原动力学是制约低温燃料电池商业化的关键瓶颈因素之一。为此,国内外研究者近年来从提高低温燃料电池氧电极催化剂的催化活性和稳定性、降低催化剂的成本、发展非贵金属氧还原催化剂等方面开展了大量的研究工作,有力地促进了低温燃料电池的发展进程。本文在简要介绍低温燃料电池氧电极反应机理的基础上,从催化剂载体、贵金属及其合金催化剂、金属大环化合物及M-N/C类催化剂和过渡金属硫族化合物类催化剂等方面详细综述了低温燃料电池氧电极催化剂近年来的主要研究进展,并指出了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。     

金属氢化物电极中氢扩散系数的电化学测试方法

本文综述了用于测定金属氢化物电极中氢的扩散系数的电化学方法 ,并从理论和实验的角度对各种方法进行了比较和讨论     

温度对贮氢合金MINi~3~.~7~5Co~0~.~6~5Mn~0~.~4Al~0~.~2动力学性能的影响

在-20℃～85℃的范围内系统地研究了温度对贮氢合金MINi~3~.~7~5Co~0~.~6~5Mn~0~.~4Al~0~.~2动力学性能的影响。结果表明：该贮氢合金电极的电化学反应电阻R~t,欧姆内阻R~0,阴极极化过电位,阳极极化过电位,阳极极化过程中的电化学反应过电位η~a和浓差极化过电位η~c均随温度的升高而减小,该电极的交换电流密度i~0,对称因子β和电极中氢的扩散系数D随温度的升高而增大。当放电电流密度较低时,电化学反应是整个电极过程的速度控制步骤;当放电电流密度较高时,氢的扩散是整个电极过程的速度控制步骤;在中等放电电流密度下,电极过程由电化学过程和氢的扩散过程混合控制。该电极中电化学反应过程和氢扩散过程的活化能分别为28.1kJ.mol^-^1和19.9kJ.mol^-^1。     

电化学阻抗法测定金属氢化物电极中氢的扩散系数

应用电化学阻抗法测定了不同荷电状态 (SOC)和不同温度下MlNi3.75Co0 .65Mn0 .4 Al0 .2 金属氢化物电极中氢的扩散系数 .结果表明 :室温下该电极中氢的扩散系数随其荷电量的增大而减小 ,SOC为 5 0 %时氢的扩散系数随温度的升高而增大 ,相应的氢扩散活化能为 35kJ/mo