Research progress of Pt and Pt-based cathode electrocatalysts for proton-exchange membrane fuel cells

Proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs) have been widely used commercially to solve the energy crisis and environmental pollution. The oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode is the rate-determining step in PEMFCs. Platinum (Pt) catalysts are used to accelerate the ORR kinetics. Pt's scarcity, high cost, and instability in an acidic environment at high potentials seriously hinder the commercialization of PEMFCs. Therefore, studies should explore electrocatalysts with high catalytic activity, enhanced stability, and low-Pt loading. This review briefly introduces the research progress on Pt and Pt-based ORR electrocatalysts for PEMFCs, including anticorrosion catalyst supports, Pt, and Pt-based alloy electrocatalysts. Advanced preparation technology and material characterization of Pt-based ORR electrocatalysts are necessary to improve the performance and corresponding reaction mechanisms.     

ZrO2晶型对CO加氢制异丁烯反应影响的研究

不同晶型结构的ZrO₂在CO加氢制异丁烯反应中表现出不同的催化性能。尽管单斜相ZrO₂在合成气制异丁烯反应中具有最优异的催化性能,但是对于其异构化活性位仍缺乏深入认识。通过研究ZrO₂晶型结构对反应性能的影响差异,有利于深入认识ZrO₂催化剂上合成气制异丁烯反应的关键影响因素。因此,本研究制备了一系列不同晶型结构的ZrO₂催化剂,研究了它们在结构性质及催化CO加氢制异丁烯反应性能方面的差异。相对于四方相和无定型ZrO₂,在单斜相ZrO₂催化剂表面,有较多的配位不饱和的Zr位点和O位点。配位不饱和的Zr位点是CO吸附活化的位点,有利于CO的转化。而较多的不饱和配位的O位点,为异丁烯的生成提供了更多的碱性位。此外,在单斜相ZrO₂催化剂表面,配位不饱和的Zr位点和O位点的存在,抑制了电子向反应中生成的甲酸盐物种转移,因此,甲酸盐物种在催化剂表面吸附较弱,有利于CO加氢生成异丁烯。     

大学化学课程的混合式教学实施与探索

为更好地建设精品资源共享课,提高人才培养质量,结合哈尔滨工业大学"大学化学国家精品课程"现有改革成果,初步尝试了面授加视频的混合式教学,探讨了在实践过程中取得效果和反映出的问题,并为混合式教学的推广实施提出了建议。旨在促进未来大学化学课程的在线教育发展,提高教学效果。     

有机化学双语教学模式改革与探索

给出了适用于本科应用化学及材料化学专业的有机化学双语课程的教学模式和方法。初步解决了目前双语教学语言与专业互不兼顾的问题以及大学英语课程与双语有机化学课程衔接较少的问题。     

水热法制备锂电池Si@C负极材料的工艺优化研究

水热法是广泛应用于锂离子电池Si@C电极材料的一种制备方法,其反应条件是影响产物最终形貌和性能的重要因素, 采取最佳的反应工艺可以大大提升材料的电化学性能。本研究中, 使用葡萄糖作为碳源, 光伏切割废料硅为硅源, 探究了水热法制备核壳结构Si@C电极材料的最优工艺, 分别研究了温度、 原料浓度、 反应时间和原料比例对产物的形貌、 性能的影响以及相互之间的关系, 并得到最佳反应条件。在该条件下(葡萄糖浓度为0.5 mol·L^-1, 硅与葡萄糖重量比为0.3:1, 反应温度190 ^oC, 反应时间9 h), 得到了包覆完整、 粒径适中的Si@C电极材料(CS190-3), 对以该样品为负极的扣式半电池进行电化学测试, 在655 mA·g^-1的电流密度下, 其首圈放电比容量为3369.5 mAh·g^-1, 经过500次循环剩余容量为1405.0 mAh·g^-1。倍率测试中, 在6550 mA·g^-1的电流密度下,其剩余容量为937.1 mAh·g^-1,当电流密度恢复至655 mA·g^-1时,电池放电比容量仍可恢复至1683.0 mAh·g^-1。     

用于宽谱带发射白色发光二极管的黄色荧光粉Sr8MgAl(PO4)7∶xEu2+的制备及发光性能

通过高温固相反应合成了一系列宽谱带发射黄色荧光粉Sr_8MgAl(PO_4)_7∶x Eu~(2+)(SMAP∶x Eu~(2+)),并对其物质结构、发光性能及其在白色发光二极管(WLED)领域的应用进行了探究。X射线衍射(XRD)测试结果表明,SMAP∶x Eu~(2+)系列荧光粉具有单斜结构和C2/m空间群,激活剂Eu~(2+)离子能够很好地进入SMAP基质中并占据Sr~(2+)离子的晶格位点。漫反射光谱分析显示SMAP基质属于宽带隙材料,带隙宽度为3.60 e V。此外,SMAP∶x Eu~(2+)具有较宽的激发范围(280～500 nm),对应于Eu~(2+)离子的4f~7→4f~65d~1跃迁;在380 nm近紫外光激发下,呈现出450～800 nm的多发光中心的非对称黄光发射,发射峰位于590 nm处。基于高斯多峰拟合结果,得到3个发光中心,分别位于528、600和680 nm。最后,将已制备的黄色荧光粉SMAP∶0.05Eu~(2+)与商业化蓝粉Ba Mg Al_(10)O_(17)∶Eu~(2+)混合涂覆到400 nm芯片上制得色温较好(3 344 K)、显色指数较高(90.1)的WLED。     

6-甲氧羰基-4,4''-二甲基-2,2''-联吡啶单核铜(Ⅰ)双膦发光配合物

合成并表征了2个新的基于6-甲氧羰基-4,4''-二甲基-2,2''-联吡啶的单核铜（Ⅰ）双膦配合物[Cu（mmbpy）（dppp）]ClO₄（1）和[Cu（mmbpy）（dppb）]ClO₄（2）。研究结果表明,铜（Ⅰ）配合物1和2均表现为扭曲变形的N₂P₂四面体几何构型,其P-Cu-P键角受辅助双膦配体控制。在常温下,这2个铜（Ⅰ）配合物在固态时均具有发光性质,并且相对于双膦配体亚甲基链的长度,P-Cu-P键角对其光物理性质的影响更为显著。在2,2''-联吡啶环上引入2个甲基取代基对改善铜（Ⅰ）配合物的发光性能也被证明是有效的。     

液相还原法制备Cu/Zn/Al/Zr催化剂用于CO2加氢合成甲醇

近年来,由于大气CO2浓度增加引起的温室效应正日益威胁着人类的生存与发展,CO2的捕获与利用是有望解决温室效应和能源危机的有效途径.CO2催化转化为甲醇成为众多研究者关注的焦点,这是因为甲醇不仅是一种重要的基本化工原料,也是一种洁净的绿色燃料和能源载体.Cu基催化剂广泛应用于CO2加氢合成甲醇反应,并表现出良好的催化性能.通常,金属催化剂的制备是采用H2对金属氧化物进行还原.然而,传统的气相还原过程伴随着强烈的热效应,且需要在高温(473-573 K)下进行,会引起表面铜颗粒长大并加速其聚集烧结,使得活性组分利用率下降.近年来,以NaBH4为还原剂的液相还原法逐渐受到人们的重视,该方法操作简单、快捷且条件可控,反应在低温下进行,放出的热量可在液相环境中迅速得到转移,大大抑制了铜颗粒的聚集.因此,液相还原法可制备出高铜分散度、高活性的催化剂.焙烧温度对铜基催化剂结构和催化性能的影响已得到广泛探究,但这仅限于含二价铜物种催化剂,焙烧温度对含多种铜价态催化剂的影响未见报道.由于液相还原法制备的催化剂含有还原态的铜物种(Cu0和Cu+),它们比Cu2+具有更强的流动性,因此在后续的焙烧过程中催化剂更容易发生烧结和聚集.本文采用液相还原法合成了Cu/Zn/Al/Zr催化剂,分别于423,573,723和873 K焙烧后用于CO2加氢合成甲醇反应,考察了焙烧温度对制备的铜基催化剂结构性质和催化性能的影响,并与传统共沉淀法制备的催化剂进行了对比.结果显示,随着焙烧温度升高,铜物种聚集作用增强,金属铜颗粒尺寸增大,873 K时烧结出现显著增强.由于比表面积随焙烧温度升高而减小,高温度焙烧的催化剂具有小的表面碱性位数目.焙烧温度会影响催化剂中铜物种与其它组分的相互作用,进而影响催化剂的还原.随着焙烧温度的升高,催化剂的还原温度逐渐降低,表面Cu+/Cu0的比例先增后减.CO2加氢活性评价显示,液相还原法制备的催化剂具有更高的催化活性,尤其是甲醇选择性;随着焙烧温度升高,催化剂的CO2转化率和甲醇选择性先增后减,CZAZ-573催化剂具有最高活性,且在1000 h长周期活性测试中表现稳定.CO2转化率与催化剂暴露金属铜的比表面积密切相关.相比Cu0,产物甲醇更容易在Cu+表面催化生成,催化剂表面的Cu+/Cu0比与甲醇选择性的变化规律一致.通过调控焙烧温度可得到高Cu比表面积以及高Cu+/Cu0比的催化剂,有利于CO2加氢生成甲醇.