过渡金属掺杂Ru-Se簇合物电催化剂氧还原性能的对比研究

采用羰基金属化合物低温合成法制备了不同掺杂元素的M-Ru-Se(M=Fe，W，Mo)簇合物，并应用旋转圆盘电极电位扫描法测试簇合物的电催化活性及其抗甲醇性，采用TEM、XRD、EDS技术表征催化剂的微观形貌、结构和组成。结果显示，掺杂过渡元素对簇合物的催化活性及其抗甲醇性有明显的影响，其中Mo-Ru-Se的还原电流最高，催化活性最高，W-Ru-Se次之，Fe-Ru-Se最低；电解质中加入甲醇后，W-Ru-Se的活性最高，Mo-Ru-Se次之，Fe-Ru-Se最低；相对地，W-Ru-Se具有较高的抗甲醇性。掺杂元素主要通过影响Ru核d电子结构改变簇合物的催化性能。     

几种配体对四钼簇合物氧化还原特性的影响

用循环伏安法研究了3种具有相同簇芯、不同配体的四钼簇合物:Mo_4(μ_3-O)_2O_4Cl_2(p=ClC_6H_4COO)_6、Mo_4(μs-O)_2O_4Cl_2(p-NHCOCH_3C_6H_4COO)_6和Mo_4(μ_3-O)_2O_4Cl_2(o-NHCOCH_3m-NO_2C_6H_3-COO)_5。结果表明,相同簇芯的簇合物具有十分相似的循环伏安图,峰电势的差异与配体上取代基的电子效应有关。     

取代型钒氧簇合物

钒氧簇是多金属氧簇的一个重要分支.由于钒氧簇具有多样的结构、优良的物理特性,使得其在催化、磁性及光学材料等方面具有广阔的应用前景,引起了人们的日益关注.将主族的金属或非金属元素引入到钒氧簇体系,可以形成结构新颖的取代型钒氧簇.新颖构型及其拓展结构取代型钒氧簇合物的合成,极大地丰富了钒氧簇的结构类型,推动了钒氧簇合成化学...     

氮掺杂石墨烯的制备及氧还原电催化性能

采用两步热解法, 用尿素掺杂氧化石墨烯(GO)得到N掺杂的还原氧化石墨烯(N-RGO), 通过控制反应温度, 制备了具有不同电催化活性的N掺杂的还原氧化石墨烯. 透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)结果显示, 制得的氮掺杂石墨烯(nG)表面褶皱和重叠增加. X射线光电子能谱(XPS)证明, 氮元素以吡啶N、 吡咯N和石墨化的N 3种形式掺杂在石墨烯中, 最高摩尔分数为6.6%. 通过循环伏安(CV)和旋转圆盘电极(RDE)测试了nG的电化学性能, 结果表明, 在酸性电解质中对氧还原(ORR)有较高的催化活性, 起始电位在0.1 V左右, 电催化还原氧气时主要为四电子反应, 且相对商用的Pt/C催化剂有更好的电化学稳定性, 其中第一步热解温度为200℃制得的nG催化性能最好.     

氮掺杂石墨烯的制备及其对氧还原反应的电催化性能

以氧化石墨烯（GO）为原料、丙酮肟（DMKO）为还原剂和氮掺杂剂,采用化学还原法制备了不同氮掺杂含量的石墨烯（NG）. 利用场发射透射电子显微镜（FETEM）、紫外-可见（UV-Vis）光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、X射线光电子能谱（XPS）、zeta 电位和纳米粒度分析、循环伏安（CV）和旋转圆盘电极（RDE）等手段对材料的形貌、结构、成分和电化学性质进行表征. 结果显示：DMKO能有效地还原GO,且通过调节GO与DMKO的质量比,可以得到不同还原效果的NG,其氮含量范围为4.40%-5.89%（原子分数）;GO与DMKO的质量比为1：0.7时制备的氮掺杂石墨烯（NG-1）在O₂饱和0.1 mol·L^-1 KOH溶液中对氧还原反应（ORR）的电催化性能最佳,其ORR峰电流为0.93 mA·cm^-2,电子转移数为3.6,这归因于其较高含量的吡啶-N增加了材料的ORR活性位点. 此外,石墨化-N由于其较高的电子导电性倾向于产生较高的氧还原峰电流,而吡啶-N较低的超电势倾向于产生较正的氧还原峰电位. 与商用Pt/C相比,该材料展现出了优异的抗CH₃OH“跨界效应”的特性.     

氮掺杂石墨烯的制备及其对氧还原反应的电催化性能

以氧化石墨烯(GO)为原料、丙酮肟(DMKO)为还原剂和氮掺杂剂,采用化学还原法制备了不同氮掺杂含量的石墨烯(NG).利用场发射透射电子显微镜(FETEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、zeta电位和纳米粒度分析、循环伏安(CV)和旋转圆盘电极(RDE)等手段对材料的形貌、结构、成分和电化学性质进行表征.结果显示:DMKO能有效地还原GO,且通过调节GO与DMKO的质量比,可以得到不同还原效果的NG,其氮含量范围为4.40%-5.89%(原子分数);GO与DMKO的质量比为1:0.7时制备的氮掺杂石墨烯(NG-1)在O2饱和0.1 mol·L-1KOH溶液中对氧还原反应(ORR)的电催化性能最佳,其ORR峰电流为0.93 mA·cm-2,电子转移数为3.6,这归因于其较高含量的吡啶-N增加了材料的ORR活性位点.此外,石墨化-N由于其较高的电子导电性倾向于产生较高的氧还原峰电流,而吡啶-N较低的超电势倾向于产生较正的氧还原峰电位.与商用Pt/C相比,该材料展现出了优异的抗CH3OH"跨界效应"的特性.     

稀土-钛氧簇合物的研究进展

稀土-钛氧簇合物作为团簇化学的一个新分支,不但结合了稀土和钛离子的特性,而且由于二者的协同效应而表现出优异的光、电、磁和催化性能.本文综合评述了不同配体稀土-钛氧簇合物的合成与结构,介绍了稀土-钛氧簇合物的代表性成果,并对其合成策略和发展前景进行了总结和展望.     

有机锡氧簇合物选择性催化醛的硅氢化反应研究

有机锡氧簇合物在有机合成反应中体现出良好的催化活性. 以Bu₂SnO与TfOH (OTf＝CF₃SO₃)直接反应合成了有机锡氧簇合物[Bu₂Sn(OH)OTf]₂, 考察了[Bu₂Sn(OH)OTf]₂催化醛的硅氢化反应. 结果表明不仅催化活性高, 而且具有很高的选择性. 它仅对反应物的醛基起作用, 对分子内和反应体系中其它活泼基团如酮、酯、烯、炔等不起作用.     

Pt-skin的Pt基双金属电催化的氧还原设计

过去几十年,能源储存转化领域取得重大的进展. 而Pt-skin的Pt基双金属电催化剂在调控电催化剂的电子结构具有巨大的前景,特别是对于氧还原反应而言. 本工作主要综述了最近几年关于Pt-skin的Pt 基双金属电催化剂的设计制备,以及其性能. 本文的主要重点在于系统的综述了Pt-skin的Pt 基双金属电催化剂的合成方法,以及其对于氧还原反应的机理研究.     

Mo和W共掺杂对Ru-Se簇合物催化氧还原性能的影响

以过渡金属羰基化合物和硒粉为原料,采用低温回流技术在1,6-己二醇中合成了W和Mo共掺杂的Ru-Mo-W-Se纳米簇合物。利用SEM、XRD和旋转圆盘电极(RDE)技术表征了合成催化剂的形貌、结构和电催化性能。催化剂以六方结构的Rux簇为主相,同时形成无定形相,聚集颗粒高度分散。在氧气饱和的0.5mol·dm-3H2SO4溶液中,Ru-W-Mo-Se催化剂对氧还原反应(ORR)表现出较高的催化活性和稳定性,开路电位为0.90 V(vs.NHE),耐甲醇能力比Ru-Se明显增强。在Tafel电位范围内,催化剂的交换电流密度为4.98×10-4mA·cm-2,具有较好的催化动力学性能。     

不同结构及氮掺杂NiO/rGO氧还原催化剂的制备与性能研究

本文以还原氧化石墨烯（rGO）为载体制备了片状NiO/rGO和球形NiO/N-rGO结构的氧还原催化剂. 通过X-射线衍射（XRD）、Raman（拉曼）测试、X-射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等方法表征了两种催化剂的结构和形貌. 采用循环伏安法（CV）、Tafel曲线、线性扫描伏安法（LSV）、旋转圆盘电极（RDE）和旋转环盘电极（RRDE）等技术测试研究了两种催化剂的电化学催化氧还原性能. 研究结果表明,球形NiO/N-rGO催化剂催化氧还原的峰电流密度和起始电位（0.89 V vs. RHE）与商业化的Pt/C（20%）催化剂相近. 旋转圆盘电极（RDE）和旋转环盘电极（RRDE）测试证明,在碱性电解液中NiO/rGO和NiO/N-rGO催化的氧还原反应均主要通过4?鄄电子途径反应途径发生,球形NiO/N-rGO催化剂展现出替代Pt/C基催化剂的潜力.     

硫掺杂碳纳米笼的制备及其氧还原性能研究

以噻吩和苯为硫源和碳源、以MgO为模板,通过化学气相沉积法制得了硫掺杂碳纳米笼,具有比表面积大、孔道结构丰富和石墨化程度较好等特点. 通过改变噻吩的用量可在0～3.45 at%范围内调变其硫掺杂量. 系统考察了硫的掺杂量对于碳纳米笼氧还原性能的影响,结果表明：硫含量为0.84 at%的SCNCs具有最佳的氧还原性能,随着硫掺杂量增多其氧还原性能逐渐变差,当硫的掺杂量高于1.61 at%时甚至不如未掺杂的碳纳米笼. 这对于通过调变掺杂元素种类、含量及掺杂构型优化碳基无金属氧还原催化剂具有参考价值.     

MoqRuyXz(X=S，Se，Te)纳米簇电催化还原氧的性能对比研究

直接甲醇燃料电池存有两个较为突出的技术问题,即:阳极催化剂活性低和甲醇渗透[1～4]。针对“甲醇渗透”(cross-over)问题有两种解决途径:一、使用低甲醇渗透率电解质膜(阻醇膜),二、使用抗甲醇氧还原电催化剂[4]。目前,多数改性或新型膜材料的阻醇率有一定提高,然而膜的电导率等指标不够理想[5～7]。抗甲醇氧还原催化材料的开发研究正逐渐受到重视[4]。因过渡金属纳米簇硫族化合物电催化剂的活性、抗甲醇性、稳定性高、成本低逐渐得到青睐,是有竞争力的Pt替代催化材料[7～15]。过渡金属纳米簇硫族化合物MqM′yXz的金属核M′多为Ru,掺杂…     

自掺杂污泥碳的制备及其电催化氧还原的性能

开发低成本、高性能的阴极催化剂是燃料电池商业化应用的关键. 本文以剩余污泥为前驱体,在碳化前通过连续添加苯酚来对污泥进行驯化,热解后得到自模板、自活化及N、P、Fe自掺杂的多孔类石墨烯碳材料. 结果表明,污泥经苯酚驯化后,微生物得到富集,含碳量显著提高,N、P、Fe等元素大大增加. 热解温度升高能提高材料的石墨化程度,但过高的温度会使杂原子掺杂量减少,从而降低氧还原催化活性. 其中,800 ℃下煅烧得到的污泥碳（PSC-800）比表面积为402.4 m²·g^-1,远高于未驯化污泥碳（SC-800）的262.4 m²·g^-1. 光电子能谱（XPS）数据表明,PSC-800具有较高的杂原子掺杂量及含铁量,形成了吡啶氮、石墨氮等氧还原活性位点. 在碱性条件下催化4电子的氧还原反应,初始电位为0.93 V,高于SC-800的0.89 V及其他温度煅烧的污泥碳（PSC-600：0.75 V,PSC-700：0.87 V, PSC-900：0.91 V）. 极限电流密度与商业铂碳相当,具有良好的稳定性及抗甲醇毒性.     

钛掺杂对LiNi0.75Co0.25O2结构与性能的影响

应用溶胶-凝胶法合成LiNi(0.75-x)Co0.25TixO2(x=0,0.1,0.25)系列正极材料,其结构、形貌、粒度、电化学性能由TG、XRD、SEM和电池充放电测试表征研究表明,材料的电化学性能与钛掺杂量密切相关.在钴含量不变的情况下,随着Ti含量(x)的增加,材料由六方层状结构逐渐向立方结构转变,x=0.25时,出现了立方相与六方相共存.根据实验和理论计算结果简要讨论了钛掺杂对正极材料LiNi0.75Co0.25O2结构和电化学性能的影响.     

Fe_(core)-Pt_(shell)/C核壳型纳米催化剂电催化还原氧的性能

应用两步化学还原法合成不同壳层厚度的Fecore-Ptshell纳米粒子,并用SEM、TEM、EDS和XRD手段对其进行物理表征,应用动电位、交流阻抗和循环伏安法进行氧还原电催化活性及抗甲醇性测试。结果表明,样品Fecore-Ptshell纳米颗粒粒径分布集中,其中Fecore,1-Ptshell,0.5平均值为50nm,核芯直径约34nm,壳层厚度约8nm;与Pt/C相比,Fecore-Ptshell/C对氧还原的催化活性和抗甲醇性明显提高,Fe与Pt原子比为1:0.5的Fecore-Ptshell/C在0.5mol·L-1H2SO4中氧还原的最大峰电流密度可达到184.7mA·mg-1,是相同反应条件下Pt/C电流密度的1.45倍,抗甲醇性显著提高。     

热解聚苯胺/碳纳米笼复合物制备氮掺杂碳材料及其氧还原性能研究

将含氮聚合物聚苯胺(PANI)均匀地担载到具有大比表面积、多级孔结构和高导电性的3D碳纳米笼(CNC)表面, 再热解PANI制得了N掺杂位富集于表面、且具有优良导电性的碳基纳米材料. 通过改变热解温度和前驱物中PANI的含量, 对热解产物的表面N含量和导电性进行了调控. 优化得到的NCNC-2-900催化剂具有优异的氧还原反应(ORR)催化性能, 其起始电位高(-46 mV vs Ag/AgCl), 明显优于体相N掺杂的CNC (-105 mV), 且稳定性好(运行10 h后仍保留96%活性). 该结果表明在保持良好导电性的同时增加表面N掺杂位是提高碳基材料ORR活性的有效途径.     

Boosting Activation of Oxygen Molecules on C60 Fullerene by Boron Doping

The activation of oxygen molecules on boron‐doped C₆₀ fullerene (C₅₉B) and the subsequent water formation reaction are systematically investigated by using hybrid density functional calculations. Results indicate that C₅₉B shows a favorable ability to activate oxygen molecules both kinetically and thermodynamically. The oxygen molecule is first adsorbed on the boron atom, which is identified to be the most reactive site in C₅₉B for O₂ adsorption because of its high positive charge and spin density. The adsorption structure C₅₉B?O₂ can further isomerize to form two products with small reaction barriers. Water formation reactions upon these two structures are energetically favorable and suggest a four‐electron mechanism for the oxygen reduction reaction catalyzed by C₅₉B. This work provides a reliable theoretical insight into the catalytic properties of boron‐doped fullerene, which is believed to be helpful to explore fullerene catalysts.     

Oxygen Reduction on Amalgamated Platinum Electrodes Coated with Monolayers of Cetyl Alcohol and Stearic Acid

Oxygen reduction on an amalgamated platinum electrode with a monolayer of cetyl alcohol or stearic acid is studied. It is shown that the process proceeds inside the monolayer, most probably, at a certain distance from the metal; an electron is transferred to the reagent by the superexchange mechanism. The process characteristics depend on competition between several factors: the electron transfer distance, the potential drop between the electrode and the reagent in a given site in the monolayer, and the hydrogen ion concentration distribution across the film. The penetration of H⁺ inside the film appears to be responsive to the monolayer structure.