Zn掺杂Co_9S_8纳米材料的制备及其在超级电容器和电催化析氢中的应用（英文）

采用原位溶剂热生长法设计合成了锌掺杂Co9S8纳米颗粒。各种表征技术和性能测试结果表明:锌掺杂Co9S8纳米颗粒的孔尺寸为18 nm,比表面积为23 m~2·g~(-1);同时微量的锌掺杂显著增强了Co9S8的电催化析氢(HER)活性及电容器性能。在HER性能测试中,当电流密度为10 mA·cm~(-2)时电位为-361 mV,电流密度最高可达38.26 mA·cm~(-2),且具有优异的循环稳定性。同时在电容器性能测试中具有较高的比电容,当电流密度为1 A·g~(-1)时,质量比电容和面积比电容分别为235.48 F·g~(-1)和812.4 mF·cm~(-2)。     

镍基金属有机框架衍生的双功能电催化剂用于析氢和析氧反应（英文）

开发高活性、低成本的析氢反应和析氧反应电催化剂对于能源的可持续发展至关重要。金属有机框架衍生的纳米材料已经成为一类非常有前景的非贵金属双功能电催化剂,但是目前对镍基金属有机框架衍生的双功能电催化剂的深入研究并不全面,其催化活性和稳定性还有待进一步提高。本文制备了一种棒状多孔碳负载镍纳米颗粒的新型电催化剂,并将其用作电催化析氢和析氧反应。实验研究结果表明该类电催化剂表现出优异的析氢和析氧反应活性和长期稳定性,在10 mA·cm~(-2)的电流密度下,析氢反应和析氧反应的过电位分别为120和350 mV。我们认为:材料可控的纳米结构和均匀分布的活性位点共同提升了复合材料的电催化性能。     

Ni-Co/RuO2复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用快速凝固结合去合金化的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,利用RuO_2对Ni-Co合金进行表面修饰,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多孔材料进行物相分析和形貌表征,并通过线性扫描伏安法、多电位阶跃法、交流阻抗法和恒电流电解法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果表明,Ni-Co/RuO_2复合电极材料在50 mA·cm~(-2)电流密度下析氢过电位为180 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为4.42 mA·cm~(-2),经10 h恒电流电解后电位仅增加20 mV,表现出良好的析氢稳定性。     

碳球担载二硫化钴纳米复合电催化剂的制备及其析氢性能研究

采用一步水热法,通过引入载体碳球(CSs)和表面活性剂CTAB,将二硫化钴(CoS_2)纳米颗粒均匀负载在CSs表面.相比于单独的CoS_2,改性后CSs担载的CoS_2(CoS_2/A-CSs)展现出了更好的电催化活性.在电解液为0.5mol/L H_2SO_4溶液中,电流密度为10 mA·cm~(-2)条件下,其析氢反应过电位仅为154 mV.经过12 h的稳定性测试,CoS_2/A-CSs析氢反应过电位为180 mV,这表明其仍具有良好的电化学催化析氢反应活性.这种复合电催化剂的优良性能主要归因于CSs的高导电性和其对CoS_2纳米颗粒的均匀分散;此外,CTAB的引入,促使CSs与CoS_2之间结合的更加紧密,进而加快了活性位点间的电子传导.     

高分散超薄二硫化钼/硫、氮共掺碳复合材料的电催化析氢性能（英文）

氢气是一种清洁可再生能源,有望在未来替代化石燃料成为最主要的能源物质.电催化析氢技术是最有效的产氢途径之一.目前,电催化析氢催化剂主要是贵金属铂,由于其昂贵的价格限制了它的大规模应用.所以在不减少催化剂活性的前提下尽量减少贵金属的使用或者寻找替代物质,降低成本是工业化大规模使用析氢反应(HER)催化剂的前提.二硫化钼基催化剂因其价格低廉、资源丰富且具有优异的催化析氢性能而引起研究者的广泛关注.实验和理论研究都证明了二硫化钼的催化性能和其催化活性位点有关.所以,开发一种具有丰富的活性位点、良好的导电性的二硫化钼基催化剂可以获得高的产氢性能和良好的稳定性.因此,对于提高MoS_2的电催化析氢性能的研究主要集中于增加MoS_2暴露活性位点的个数和导电性.然而,二硫化钼层与层之间的相互作用可能导致其发生聚集,较低的导电率都有可能降低它的电催化活性.我们通过水热的方法直接制备出了固体的硫、氮共掺杂的、具有石墨化结构的碳复合材料(SNC).将钼酸钠加入到反应中后,多钼酸盐通过化学交互作用均匀地嵌入、分散到SNC中.经高温处理后,SNC放出S~(2-),多钼酸盐结合S~(2-)生成二硫化钼.SNC有效地防止了二硫化钼聚集成大的颗粒.我们成功地制备出具有较好析氢性能的、高度分散于SNC中的二硫化钼纳米片.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对材料进行了表征,通过电催化析氢、电化学阻抗以及稳定性测试等手段研究了其电催化性能.由MoS_2/SNC-900-12h的TEM图片可以看出,二硫化钼纳米片高度分散于碳复合材料中,且层数只有一到几层,暴露出了更多的催化活性位点.拉曼光谱图的D带(1341 cm~(-1))和G带(1584 cm~(-1))体现出了材料具有较好的石墨化结构,提高了材料的导电性.XPS C 1s谱图中存在C–S和C–N键,S 2p谱图中存在C–S–C、C=S和C–SO_x–C键,N 1s谱图中存在吡啶氮和石墨氮,结合元素分析,说明该碳材料确为硫氮共掺杂的碳;Mo谱测试显示出Mo 3_(d5/2)(229.4 eV)和Mo 3_(d3/2)(232.6 eV),证明了二硫化钼成功地嵌入到了碳材料中.电化学性能表征显示MoS_2/SNC-900-12h在H_2SO_4溶液(0.5 mol/L)中展现出较低的起始电位(115 mV)以及低的过电位(237 mV).电化学阻抗测试显示在H_2SO_4溶液(0.5 mol/L)中过电位为-0.2 V(vs.RHE)时Rct只有124W.此外,在-0.3–0 V(vs.RHE)下,经5000圈稳定性测试后性能只有约2.6%(10 m A/cm~2)的衰减,说明MoS_2/SNC-900-12h同样具有优异的电化学稳定性.     

SmCo_(0.8)Fe_(0.2-x)Ni_xO_3(x=0,0.1,0.2)粉体在低温常压电化学合成氨中的阴极催化性能

用溶胶.凝胶法制备了Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-δ)(SDC)、SmCoO_3(SCO)和SmCo_(0.8)Fe_(0.2-x)Ni_xO_3(x=0,0.1,0.2)(SCFN)系列纳米粉体,用XRD、TEM等方法对所制的SCO和SCFN粉体进行了表征;以碳纸为支撑,Ni-SDC粉体为阳极材料,分别以SCO和SCFN系列粉体为阴极、Nafion膜为质子交换膜组成电化学合成氨电池,以湿氢气和湿氮气为原料进行电化学合成氨试验,在低温常压条件下,研究了SCO和SCFN系列粉体在电化学合成氨中的阴极电催化性能.结果表明,在低温常压电化学合成氨中,SCO和SCFN系列粉体均有阴极电催化性能,其中SmCo_(0.8)Fe_(0.1)Ni_(0.1)O_3的阴极电催化性能最好,在353K和0.5V条件下,电化学合成氨的速率达到8.01 ×10~(-9)mol/(s·cm~2).     

重铬酸钾电催化合成反应过程阳极稳定性及析气效应研究

针对重铬酸钾传统生产技术存在的高污染、高消耗等问题,研究了电催化合成重铬酸钾绿色新技术。实验研究了自制钌/铱/钛氧化物复合阳极的电催化性能,表征了电极表面形貌。结果表明,该阳极在铬酸钾溶液中具有较低的析氧电位和稳定的高催化活性。实验测得不同反应条件下的阴极析氢速率,建立了析氢速率和析氢量随阳极液铬酸钾初始浓度、反应温度及反应时间变化的数学模型,指出可用宏观测得的阴极析氢量定量表征重铬酸钾电催化反应进程,并讨论了析氢速率和析氢量的影响因素。     

TiO_2纳米管电极上电化学还原CO_2生成CH_3OH

采用原位阳极氧化-煅烧法制备TiO_2纳米管(TiO_2NTs)电极,运用X射线衍射(XRD)、电场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、双电位阶跃测试等对制备电极进行表征,考察了其在0.1mol?L~(-1) KHCO_3水溶液中电化学还原CO_2的催化活性。结果表明TiO_2NTs电极上电化学还原CO_2的主产物为CH_3OH,CH_3OH由HCOOH和HCHO进一步还原而来。电极制备的最佳煅烧温度为450℃(TiO_2NTs-450),电解电位-0.56 V(vs RHE(可逆氢电极))时反应120 min后,生成CH_3OH的法拉第效率和分电流密度分别为85.8%和0.2 m A?cm~(-2)。与550和650℃煅烧的电极相比,TiO_2NTs-450电极具有更高的催化活性,归因于电极表面更多的三价钛活性位,有利于CO_2吸附,从而对·CO_2-起到稳定的作用,速率控制步骤转变为·CO_2-的质子化反应。     

铬酸酐电催化合成过程阳极稳定性与析气效应研究

针对铬酸酐传统生产技术存在的高污染、高消耗、工艺落后等问题,研究了以重铬酸钾为原料,电催化合成铬酸酐绿色新技术。循环伏安法研究了阳极的电催化性能,扫描电镜分析了表面形貌。结果表明,自制钌/铱/钛氧化物复合阳极在阳极电解液中具有较低的析氧过电位和稳定的高催化活性。实验测得不同反应条件下阴极析氢速率,建立了析氢速率和析氢量随阳极液重铬酸钾初始浓度、反应温度及反应时间变化的数学模型,指出阴极析氢速率可用于定量表征铬酸酐电催化反应进程,讨论了析氢速率和析氢量的影响因素。     

多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制备与析氢性能

采用快速凝固结合脱合金化的方法制备了纳米多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物电极材料,通过XRD、SEM、TEM、BET等对电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,通过线性扫描伏安法、Tafel斜率和计时电位等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果显示,制备的电极材料在10 mA·cm-2电流密度下Ni-Mo合金析氢活性最强,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,其表观交换电流密度为0.25 mA·cm-2,经10 000 s恒电流密度(100 mA·cm-2)电解后析氢过电位(η)仅增加39 mV,表现出优良的析氢稳定性。Ni-Mo合金电极比表面积的提高和本征催化活性的改善使其获得了更低的析氢过电位。     

球形碳掺杂钴基催化剂用于HER和锌空电池阴极反应

电催化水裂解是一种制备清洁氢气的潜在方法,寻找一种催化剂提高电催化阴极析氢反应(HER)速率是研究热点。通过制备球形碳掺杂钴基催化剂并对其进行硫化或磷化处理以提高其催化性能。三种产物中,CoP/C催化性能最优。在酸性和碱性条件下,电流密度为10 mA·cm^-2时的析氢过电位分别为154 mV和89 mV,并且稳定性优良。该催化剂被进一步用作空气阴极,以构建用于能量转换的锌-空气电池。该电池的开路电压为1.35 V,维持50 h没有衰减,并且通过27 h的长期循环试验评估了其可充电性,电压间隙为1.2 V。这项工作为设计球形非贵金属多组分HER催化剂提供了新的策略。     

二硫化钼纳米片/碳纳米纤维杂化材料的制备及其析氢性能

以碳纳米纤维(CNFs)作为负载基体和反应器采用静电纺丝技术和碳化工艺生长和调控二硫化钼(MoS_2)纳米片。通过改变前驱体溶液浓度来调控纳米片的形貌和结构,利用MoS_2纳米片的高催化活性和CNFs高比表面积、良好的稳定性以及高电导率的协同作用,研究不同形貌和结构的杂化纳米材料在电催化析氢方面的应用,探索杂化材料形貌与性能之间的潜在规律。运用多种分析测试技术对制备得到的纳米杂化材料进行表征,并对所制备的MoS_2/CNFs杂化材料的电催化析氢性能(HER)进行研究,研究表明近似皮芯结构的MoS_2/CNFs-10杂化材料的电催化析氢性能最好,初始析氢过电位在220 mV,Tafel斜率为110m V·dec~(-1)。     

氮掺杂碳材料负载碳化钼的合成及析氢性能研究

过渡金属碳化物被认为是一类可替代贵金属的高效电催化析~*氢反应催化剂,提升其催化性能和稳定性能获得了广泛关注和研究。本文以钼酸铵和二氰二胺为前驱体,均匀混合后利用一步高温退火法制备了氮掺杂碳材料负载碳化钼(Mo_2C-NC)的复合材料。通过透射电子显微镜,X射线粉末衍射以及X射线光电子能谱等测试对该催化剂形貌,组成及结构进行表征。电化学测试结果表明,Mo_2C-CN复合催化剂表现了优异的电催化析氢性能:当电流密度为10 mA cm~(-2)时,在酸性和碱性体系中,Mo_2C-CN催化剂的过电势分别为和130和257 mV s~(-1),并且均展示出了优异的稳定性能。     

Cu/MoS2的熔盐电解法制备及其在碱性条件下析氢反应性能的提高

通过熔盐电解法并掺杂过渡金属Cu制备2种不同纳米结构的Cu/MoS_2。采用涂敷法制备工作电极,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能量散射X射线谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、选区电子衍射(SAED)以及各种电化学手段验证了其结构和性能。结果表明,纳米片状Cu/MoS_2在碱性溶液(1 mol·L~(-1)KOH)中表现出优异的析氢催化性能:在电流密度为10 mA·cm~(-2)时过电位为199.6 mV,Tafel斜率为59 mV·dec~(-1),双电层电容为26.1 mF·cm~(-2),等效电荷转移电阻为12.4Ω,具有较为良好的电化学耐久性和稳定性。     

TiN基IrO2-Ta2O5涂层析氢电极的催化性能

 采用热分解法制备了以离子镀TiN膜为基体的IrO2-Ta2O5涂层电极,通过循环极化曲线并结合扫描电镜、 X射线能谱和X射线衍射研究了涂层的析氢电催化性能. 结果表明,涂层呈多孔多裂纹的结构,焙烧温度对涂层的表面形貌和电催化活性影响很大. 420 ℃下焙烧的涂层具有最优的电催化活性. 涂层电极的析氢反应电极电位为-0.26 V(vs SCE), 低析氢过电位下的Tafel斜率为-0.04 V, 而在高析氢过电位下,电极表面吸附的大量氢原子改变了氧化物电极的结构,从而抑制了氧的阴极还原反应.     

二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合物,再将TiO_2-GO复合物与4,4'-(六氟异亚丙基)邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO_2-GO/TiO_2-GO/PI(聚酰亚胺)混合基质膜,用于CO_2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)和Zeta电位等表征了TiO_2-GO复合物和TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构;探讨了TiO_2掺杂量对TiO_2-GO复合物及TiO_2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明,TiO_2-GO复合物中TiO_2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上,TiO_2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构,使其无序度增加.TiO_2的掺杂对TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小,但提升了TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO_2粒子在GO片层上团聚,从而导致TiO_2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差,CO_2渗透性及CO_2/N2渗透选择性降低.当TiO_2掺杂质量分数为30%时,TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10~(-10)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·cm Hg)=7.5×10~(-14)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·Pa)],CO_2/N_2的渗透选择性可达31.     

用于电化学水氧化的铁、镍、钴金属及其二元金属纳米颗粒比较研究（英文）

从环境兼容角度来设计应用于氧析出反应的电催化剂是否有效、耐用和廉价对能源转化过程至关重要.本文报告了一种快速制备低成本、原料丰富的金属催化剂制备方法.通过一步电化学沉积法在钛金属基材上制备了铁、镍、钴金属及其钴镍、钴铁二元金属纳米颗粒.采用场发射电子显微镜(FE-SEM)、能量散射X-射线能谱(EDX)、X-射线衍射光谱(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和电化学技术对制备的不同纳米颗粒进行了表征.电化学结果显示,在合成的五种钛基金属纳米催化剂中,钛基上沉积钴金属纳米颗粒(Ti/Co)电极在0.l mol·L~(-1)氢氧化钾溶液中氧析出反应的电催化活性最好,0.70 V(相对于银/氯化银电极)的电流密度为10.0 mA·cm~(-2).经优化后Ti/Co电极的过电位(η)很小,当电流密度为10.0 mA·cm~(-2)时η为0.43 V,质量活性高达105.7 A·g~(-1),逆转频率(TOF)值为1.63×10~(-3) s~(-1),这些与当前最好的碳载铂(Pt/C)和氧化钌(RuO_2)电催化剂的性能相当.此外,通过计时电位技术对优化后Ti/Co电极的耐久性进行了测试,发现该电极在碱性溶液中氧析出反应的稳定性良好.本工作制备的钛金属基材上电化学沉积金属钴纳米颗粒具有高催化活性、高稳定性、原料来源丰富、廉价且易于大规模生产,在工业化水分解领域具有潜在的应用前景.     

钴铁双金属氧化物多孔纳米棒的制备及其电解水析氧性能

通过简单的钴铁前躯体热分解法制备了系列一维Co_(1-x)Fe_xO_y(0≤x≤1)多孔纳米材料,并在1 mol·L~(-1) KOH溶液中研究了其电解水析氧催化性能。研究发现不同Fe掺杂量对材料的结构与电解水析氧催化性能有较大的影响,其中16%(n/n)Fe掺杂量的Co_(1-x)Fe_xO_y具有最优的析氧催化性能。在10 m A·cm~(-2)电流密度下其析氧过电位为345 mV,塔菲尔斜率为54 mV·dec~(-1),并表现出优异的析氧稳定性能。廉价、高效的Co_(1-x)Fe_xO_y多孔纳米棒材料有望成为优良的析氧催化剂用于电解水制氢。     

CoP/Co_2P/C纳米材料用于全pH值电催化析氢

在氮气下一步退火含有植酸和钴的前驱体,合成了一种新型的CoP/Co2P/C复合纳米材料作为电催化剂,该催化剂在全pH值范围下表现出优异的电催化析氢活性和稳定性.在0.5mol/L的硫酸中,电流密度为10mA/cm~2时,过电位为135mV.在1mol/L KOH溶液中,CoP/Co_2P/C催化剂需要141 mV的过电位才能使电流密度达到10 mA/cm~2,在0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液中,需要155mV的过电位才能使电流密度达到10mA/cm~2.这种优异的析氢活性主要归因于CoP/Co_2P纳米粒子和C层之间的协同作用.     

高分散超薄二硫化钼/硫、氮共掺碳复合材料的电催化析氢性能

氢气是一种清洁可再生能源,有望在未来替代化石燃料成为最主要的能源物质.电催化析氢技术是最有效的产氢途径之一.目前,电催化析氢催化剂主要是贵金属铂,由于其昂贵的价格限制了它的大规模应用.所以在不减少催化剂活性的前提下尽量减少贵金属的使用或者寻找替代物质,降低成本是工业化大规模使用析氢反应(HER)催化剂的前提.二硫化钼基催化剂因其价格低廉、资源丰富且具有优异的催化析氢性能而引起研究者的广泛关注.实验和理论研究都证明了二硫化钼的催化性能和其催化活性位点有关.所以,开发一种具有丰富的活性位点、良好的导电性的二硫化钼基催化剂可以获得高的产氢性能和良好的稳定性.因此,对于提高MoS2的电催化析氢性能的研究主要集中于增加MoS2暴露活性位点的个数和导电性.然而,二硫化钼层与层之间的相互作用可能导致其发生聚集,较低的导电率都有可能降低它的电催化活性.我们通过水热的方法直接制备出了固体的硫、氮共掺杂的、具有石墨化结构的碳复合材料(SNC).将钼酸钠加入到反应中后,多钼酸盐通过化学交互作用均匀地嵌入、分散到SNC中.经高温处理后,SNC放出S2-,多钼酸盐结合S2-生成二硫化钼.SNC有效地防止了二硫化钼聚集成大的颗粒.我们成功地制备出具有较好析氢性能的、高度分散于SNC中的二硫化钼纳米片.通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、元素分析、X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对材料进行了表征,通过电催化析氢、电化学阻抗以及稳定性测试等手段研究了其电催化性能.由MoS2/SNC-900-12h的TEM图片可以看出,二硫化钼纳米片高度分散于碳复合材料中,且层数只有一到几层,暴露出了更多的催化活性位点.拉曼光谱图的D带(1341 cm-1)和G带(1584 cm-1)体现出了材料具有较好的石墨化结构,提高了材料的导电性.XPS C 1s谱图中存在C–S和C–N键,S 2p谱图中存在C–S–C、C=S和C–SOx–C键,N 1s谱图中存在吡啶氮和石墨氮,结合元素分析,说明该碳材料确为硫氮共掺杂的碳;Mo谱测试显示出Mo 3d5/2(229.4 eV)和Mo 3d3/2(232.6 eV),证明了二硫化钼成功地嵌入到了碳材料中.电化学性能表征显示MoS2/SNC-900-12h在H2SO4溶液(0.5 mol/L)中展现出较低的起始电位(115 mV)以及低的过电位(237 mV).电化学阻抗测试显示在H2SO4溶液(0.5 mol/L)中过电位为?0.2 V(vs.RHE)时Rct只有124Ω.此外,在?0.3–0 V(vs.RHE)下,经5000圈稳定性测试后性能只有约2.6%(10 mA/cm2)的衰减,说明MoS2/SNC-900-12h同样具有优异的电化学稳定性.