金属间化合物电催化剂在氢电转换器件应用中的研究进展

人类对可持续能源的高度重视,使得绿色环保的氢能成为研究热点。能量转换和存储技术（如燃料电池和电解水）可实现氢能源和电力的相互转换,但实现这些技术的前提是需要开发高效稳定的催化剂。结构有序的金属间化合物具有确定的组成和可调控的几何效应和电子效应的优势,已被探索作为能量转换和存储技术的有效电催化剂,金属间化合物表面均匀的活性位点分布也有利于研究催化剂活性和结构之间联系（即构效关系）的理想模型。本综述首先介绍了氢电转换装置催化剂所面临的挑战以及金属间化合物在电催化中的优势,其次从活性和稳定性的角度重点论述金属间化合物在氢电转换装置中的研究进展,最后总结并展望了金属间化合物电催化剂未来的发展前景。     

Pt基金属间化合物电催化剂

Pt基合金化是提高Pt系催化剂的催化活性、选择性及稳定性的常用手段,Pt基合金按其结构有序性可分为两类,一类是Pt基无序固溶相合金,常用的商用PtRu催化剂即属此类;另一类则是结构有序的Pt基金属间化合物.Pt基金属间化合物由于其特有的优点而近年来被广泛地关注.本文综述了近年来金属间化合物在低温燃料电池中的应用进展,主...     

纳米过渡金属催化剂在有机合成中的应用进展

纳米尺度的催化剂具有高的比表面积和表面能, 其催化活性显著高于传统催化剂. 综述了近年来纳米级过渡金属催化剂在有机合成方面的应用, 并对其发展作了展望.     

高性能Pt纳米管中管电催化剂在甲醇燃料电池中的应用

通过ZnO模板辅助的电沉积方法设计和合成了Pt管中管阵列.作为一种具有利用率高、活性物质传输快的三维结构的电催化剂,Pt管中管阵列显示了高电化学活性面积（64.9 m²/gPt）.与Pt纳米管和商业Pt/C催化剂相比,Pt管中管阵列明显提高了甲醇氧化电催化活性和稳定性.另外,Pt管中管阵列也显示了优越的抗CO毒化能力.这个研究展示了高性能Pt基直接甲醇燃料电池电催化的一个重要进展.     

金属氧化物在低温燃料电池催化剂中的应用

低温燃料电池具有比能量高、工作温度低、环境友好等优点,是一种颇具发展前景的便携式电源。但由于传统的Pt/C催化剂制造成本高,且电化学稳定性较低,影响了燃料电池的商业化进程。而金属氧化物在燃料电池工作环境下具有较高的电化学稳定性,同时与催化剂金属之间存在强烈的相互作用,能够改变氧气或燃料在催化剂金属表面上的吸附性质,从而改善催化剂的活性。本文针对低温燃料电池成本高和寿命短的两大问题,论述了金属氧化物助催化剂在提高催化剂活性和稳定性方面的应用,重点介绍了铌、锰、钛、钨和锡等几种金属元素的氧化物在低温燃料电池催化剂研究中进展,并对目前金属氧化物在低温燃料电池催化剂研究中存在的主要问题和发展前景进行了探讨和展望。     

单金属位点催化剂的制备、表征及其在燃料电池中的应用

介绍了一个综合性较强的大学化学实验——单金属位点催化剂的制备及其在燃料电池中的应用。该实验是一个科研转化的综合化学实验,通过在氨气中简单热处理金属盐和氧化石墨烯,将金属原子单分散在氮掺杂的石墨烯骨架中（标记为M-NG）。通过XRD、TEM、SEM、HAADF-STEM等多种表征技术对催化材料进行结构表征,以碱性的氢氧化钾溶液为电解质测试催化剂在氧还原反应中的活性,从而开发单位点金属催化剂在燃料电池中的应用潜力。通过本实验将最前沿的学术研究成果和实践技能融入实验教学中,可以提高学生的综合实验操作技能,培养学生对科研的探究兴趣和探索能力。     

基于金属有机框架化合物纳米电催化剂的研究进展

金属有机框架化合物具有比表面积大、孔隙率高、结构有序可控等特点,近年来作为电催化材料在电化学能源储存和转化应用中备受关注。本文从金属有机框架化合物作为前驱体制备电催化剂的独特优点入手,总结了目前该类材料在电催化领域的最新研究进展,并对其今后的发展趋势以及面临的机遇和挑战进行了简单的展望。     

直接甲醇燃料电池阳极电催化剂

直接甲醇燃料电池作为未来清洁的动力能源，由于具有下列优点：操作温度低(<100℃)、燃料易储存和运输、能量效率高、污染低和燃料启动快而受到人们广泛的关注。阳极电催化剂是直接甲醇燃料电池最重要的组成部分。本文综述了近三年来直接甲醇燃料电池阳极电催化剂最新的研究进展，主要对催化剂制备方法、新型碳载体材料、催化剂类型作了详细的评述，展望了未来甲醇电催化氧化催化剂的发展，指出了电催化剂面临的问题。     

中空石墨碳材料作为电催化剂载体在直接乙醇燃料电池中的应用

以间苯二酚、苯酚与甲醛为前体,合成了一种中空石墨碳材料(hollow graphitic carbon,HGC).透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附和Raman光谱测试结果表明,所制备的HGC为中孔结构,平均孔径为36nm.与商品Vulcan XC-72R相比,HGC中孔结构丰富,石墨化程度高.分别以HGC和XC-72R为载体制备了总金属载量为45%的PtSn/C电催化剂,X射线衍射和TEM结果表明这两个样品的平均粒径和晶格常数相近.单池性能测试表明,以45%PtSn/HGC为阳极催化剂的直接乙醇燃料电池的最大功率密度达到了62mW/cm2,与PtSn/XC-72R的54mW/cm2相比提高了近15%.     

新型碳纳米材料在低温燃料电池催化剂中的应用

 碳纳米管及其衍生纳米碳材料是一种介于富勒烯与石墨之间的碳的存在形式,具有独特的电子性质. 碳纳米材料可与其表面负载的金属活性相产生一种特殊的载体-金属相互作用; 纳米管中电子转移的动力学行为极佳,并且其特殊的纳米级孔道结构有利于反应物及产物的传质,因此作为低温燃料电池催化剂载体备受关注. 综述了多种新型碳纳米材料如碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米盘、碳纳米角和碳纳米分子筛等在低温燃料电池催化剂中的应用,并对其存在的问题和可能的发展方向进行了讨论.     

高分散Fe-N-C氧还原反应电催化剂及其在直接甲醇燃料电池中的应用

氧还原反应(ORR)是燃料电池和金属空气电池等洁净发电装置中阴极的主要反应,该反应动力学过程慢,电化学极化严重. Pt基电催化剂具有较好的ORR活性,然而Pt资源有限、价格昂贵,研制高活性、低成本的代Pt电催化剂意义重大.经过几十年的探索,研究者发现将含有C, N和Fe等元素的前体进行高温热处理得到的Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的活性,然而在高温热解过程中Fe容易发生聚集而形成大块颗粒,导致Fe的利用率不高,影响了电催化剂的ORR活性.
　　本文分别以聚吡咯和乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)为C和N的前驱体,利用高温热解形成的富含微孔的碳材料对铁前体的吸附及锚定作用,获得了一种Fe高度分散的Fe-N-C电催化剂.采用物理吸脱附技术、高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜对Fe-N-C及其制备过程中相关电催化剂的孔结构及表面形貌进行了表征.结果表明,在第一步热解过程中, EDTA-2Na的Na对碳材料起到了活化作用,形成富含微孔的N掺杂碳材料(N-C-1),其BET比表面积达到1227 m2/g,孔径约1.1 nm.在第二步热解过程中, N-C-1有效地抑制了Fe的聚集,产物Fe-N-C中的Fe元素均匀地分布在碳材料中,其比表面积高达1501 m2/g.
　　电化学测试结果表明,在碱性介质(0.1 mol/L NaOH)中, Fe-N-C电催化剂对ORR具有良好的催化活性, ORR起始电位(Eo)为1.08 V (vs. RHE),半波电位(E1/2)0.88 V,电子转移数n接近4, H2O2产率<3%,与商品20%Pt/C(Johnson Matthey)接近.电化学加速老化测试结果表明, Fe-N-C的E1/2未发生明显变化,而Pt的负移45 mV,表明Fe-N-C具有很好的稳定性;在酸性介质(0.1 mol/L HClO4)中, Fe-N-C的Eo为0.85 V, E1/2为0.75 V,其E1/2比Pt/C负移约0.15 V,表明在酸性介质中Fe-N-C对ORR的催化活性还有待提高.采用TEM、X射线衍射、X射线光电子能谱以及穆斯堡尔谱等方法研究了电催化剂构效关系.结果表明, Fe-N-C较好的ORR活性主要来自于高分散的Fe-N4结构,此外, N(吡啶N和石墨N)掺杂的C也对反应具有一定的催化活性.
　　与Pt/C相比, Fe-N-C电催化剂具有很好的耐甲醇性能.本文对比了Fe-N-C和Pt/C作为阴极催化剂的直接醇类燃料电池(DMFC)性能,采用质子交换膜的DMFC最大功率密度分别为47(Fe-N-C)和79 mW/cm2(Pt/C),而采用碱性电解质膜的则分别为33(Fe-N-C)和8 mW/cm2(Pt/C).结合半电池结果表明, Fe-N-C电催化剂在碱性介质中具有比Pt更为优秀的催化活性和稳定性,有望用作DMFC阴极代Pt催化剂.     

高性能Pt纳米管中管电催化剂在甲醇燃料电池中的应用（英文）

通过ZnO模板辅助的电沉积方法设计和合成了Pt管中管阵列.作为一种具有利用率高、活性物质传输快的三维结构的电催化剂,Pt管中管阵列显示了高电化学活性面积(64.9 m~2/gPt).与Pt纳米管和商业Pt/C催化剂相比,Pt管中管阵列明显提高了甲醇氧化电催化活性和稳定性.另外,Pt管中管阵列也显示了优越的抗CO毒化能力.这个研究展示了高性能Pt基直接甲醇燃料电池电催化的一个重要进展.     

壳聚糖及其衍生物负载过渡金属催化剂在有机反应中的应用进展

壳聚糖因其与金属化合物的良好络合性能成为金属催化剂的优良载体,壳聚糖及其衍生物负载金属及金属络合物的催化性能研究近年来引起人们的广泛关注.以反应类型为主线,对这类催化剂在不对称催化、烯丙基取代、偶联反应、加成反应、氧化反应、还原反应等各类有机反应中的应用进行了综述.     

手性金属催化剂在不对称环丙烷化反应中的应用进展

手性金属催化剂在不对称环丙烷化反应中的应用一直是不对称合成领域的一个热点。对三十多年来的这一领域的手性金属催化剂的发展作了详细的归纳和评述。     

机械合金化制备金属间化合物SbSn及其在原油乳液脱硫中的应用

原油中有机硫化物的增多和重质化[1]在炼制过程中易造成设备腐蚀,同时部分硫氧化生成的SO2排放至大气中,可产生酸雨,对环境造成污染.世界各国对成品油中硫含量的规定日益严格,尤其是在各国燃料结构中占有较高份额的汽油、煤油和柴油.     

稀土金属及其金属间化合物的研究与应用

对稀土金属和稀土金属间化合物的制备、性能以及研究和应用状况做了一个简单的综述,重点对稀土金属材料在冶金、催化、磁性以及储氢等几个关键领域进行了介绍,给出了一些自己所知的最新研究动态以及自己的想法,供参考和批评。     

Pt基金属间化合物及其在质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的应用

质子交换膜燃料电池是一种能够将燃料的化学能直接高效地和环境友好地转化为电能的绿色能源技术。质子交换膜燃料电池具有能量转化效率高、启动快速、零排放或者低排放等优点,被认为是后石油时代最为重要的能源替代技术之一。然而目前使用的电催化剂存在铂用量高和稳定性不足等问题。开发高性能低Pt催化剂对于降低质子交换膜燃料电池成本、促进质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用具有十分重要的意义。Pt基金属间化合物是一类具有严格元素化学计量比和规整原子排列结构的合金化合物,其氧还原反应催化活性明显优于相应的Pt基无序合金及纯Pt催化剂,被认为是最具应用前景的低Pt催化剂之一。本文着重从催化机理、制备技术、组成调控、颗粒度调控、形貌调控和晶体结构等几个方面介绍了Pt基金属间化合物催化剂近来的研究进展,以及这类催化剂在质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的应用研究情况,指出了这类催化剂目前尚存在的不足及挑战,并展望了未来的研究发展思路及方向。     

直接甲醇燃料电池阴极电催化剂的研究进展

直接甲醇燃料电池(DMFC)功率密度高，燃料甲醇价格低廉、储存和携带方便，特别适合作为电动车和小型电子设备的电源，是目前燃料电池研究领域的一个热点。本文介绍了40年来DMFC阴极电催化剂的发展历史及现状，并针对目前严重影响DMFC性能的“甲醇透过”问题，阐述了研制耐甲醇阴极电催化剂的重要性，讨论了今后DMFC阴极电催化剂的发展趋势。