一步法制备纳米铂/石墨烯及电催化甲醇的交流阻抗和扩散系数测定

采用绿色还原剂抗坏血酸,一步法制备纳米铂/石墨烯。对其进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)形貌结构表征,铂纳米粒子均匀分散于纳米石墨烯片层褶皱间,有效减少了团聚现象。运用循环伏安法(CV)和计时电流法(CA)研究纳米铂/石墨烯对甲醇电催化氧化活性和稳定性,通过交流阻抗(EIS)定量测定,发现铂/石墨烯比铂具有更优异的电荷传输性能,电荷转移阻抗下降了34.8%。计时电量法(CC)测定得到甲醇在铂/石墨烯电极的表面扩散系数为1.42×10~(-9) cm~2·s~(-1)。与铂纳米粒子相比,纳米铂/石墨烯对甲醇电催化氧化具有更高的活性和稳定性,显著提高电极催化活性表面积和电荷传输及转移性能。     

铂/石墨烯氧还原电催化剂的共还原法制备及表征

使用硼氢化钠共还原法制备40% (w)铂/石墨烯电催化剂用于氧还原反应. 通过循环伏安测试发现, 这种方法制备所得铂/石墨烯催化剂对氧还原反应活性较铂/碳催化剂差, 但稳定性有所提高. 在稳定性测试中,铂/石墨烯电催化性能衰减为50%, 较铂/碳(79%)好. X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征发现在铂/石墨烯催化剂中两者存在明显交互作用, 这可能是阻止石墨烯再堆垛和防止铂颗粒团聚的主要原因. 通过对单电池性能测试也发现铂/石墨烯催化剂更有利于电池长期稳定.     

不同形貌镍纳米粒子-石墨烯复合材料的制备及微波吸收性能

采用原位化学还原方法制备出了两种不同形貌的镍纳米粒子-石墨烯(Ni-GNs)复合材料, 并研究了形貌对复合材料电磁吸收性能的影响. 制备过程中通过改变反应物的加入顺序, 制备出球形和刺球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料. 利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的形貌、结构和微波吸收性能进行了表征. 结果表明: 刺球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料相比于球形镍纳米粒子-石墨烯复合材料具有优异的电磁吸收性能, 其原因是由于复合材料中刺球形镍纳米粒子独特的各向同性天线形貌引起的尖端放电效应. 因此利用简单的原位化学还原制备不同形貌镍纳米粒子-石墨烯复合材料的方法可以作为其他复合材料制备的总体路线.     

钴-聚吡咯-碳载PtNi燃料电池催化剂的制备及应用

采用脉冲微波辅助化学还原合成新型载体钴-聚吡咯-碳(Co-PPy-C)负载PtNi催化剂.利用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)研究了催化剂的结构和形貌,此外,利用循环伏安(CV)和线性扫描伏安(LSV)等方法测试了催化剂的电化学活性及耐久性. PtNi/Co-PPy-C催化剂的金属颗粒直径约为1.77 nm,催化剂在载体上分布均匀且粒径分布范围较窄. XRD结果显示, PtNi/Co-PPy-C中Pt(111)峰最强, Pt主要是面心立方晶格.CV结果显示,其电化学活性面积(ECSA)为72.5 m²·g^-1,明显高于商用催化剂Pt/C(JM)的56.9 m²·g^-1.为进一步考查催化剂耐久性,电化学加速5000圈耐久性测试后, PtNi/Co-PPy-C颗粒发生明显集聚, ECSA衰减率和0.9 V下比质量活性衰减率分别为38.2%和63.9%.此外,采用有效面积为50 cm²的单电池用于评价自制催化剂的性能,发现在70 ℃且背压为50 kPa时电池的性能最好,此时自制PtNi/Co-PPy-C催化剂制备膜电极(MEA)的最大功率密度达到523 mW·cm^-2.可见自制催化剂的电化学性能高于商用Pt/C(JM),在质子交换膜燃料电池(PEMFC)领域有一定的应用前景.     

镍铁水滑石/还原氧化石墨烯的制备及电催化水氧化性能

首先制备了不同镍/铁比的镍铁水滑石, 并通过液相剥离法得到水滑石纳米薄片溶胶, 随后将其与还原氧化石墨烯复合, 并对其进行了电催化水氧化的性能测试. 结果表明, 镍铁水滑石的剥离可以大幅度提高其电催化性能, 起峰电位为1.47 V, 电流密度为10 mA/cm² 时, 电位仅为1.53 V; 与还原氧化石墨烯复合后, 其催化活性得到了进一步提高, 在10 mA/cm²时电位降为 1.515 V.     

泡沫镍负载Ni/Fe磷化物电催化性能研究

使用硫酸镍、硝酸铁、磷酸二氢铵和柠檬酸钠在泡沫镍为载体的基底上,采用电沉积方法制备出泡沫镍负载Ni磷化物(nickel phosphide)和泡沫镍负载Fe磷化物(iron phosphide)两种电催化剂,通过SEM测试表征催化剂的结构及形貌,并通过电化学测试催化剂的析氧和析氢及催化活性等参数。研究结果表明：在100mA/cm²电流密度下,Ni磷化物工业过电位为349mV,相较于Fe磷化物催化活性性能高了33%;Ni磷化物和Fe磷化物的催化面积(C_dl)值分别为27.01 mF/cm²和3.64 mF/cm²,Ni磷化物较Fe磷化物的活性面积提高近10倍。     

一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能

以天然石墨为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨.然后采用简单的一步化学还原法在乙二醇(EG)中同时还原氧化石墨烯(GO)和H₂PtCl₆制备高分散的铂/还原态氧化石墨烯(Pt/RGO)催化剂.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的微结构、组成和形貌进行表征.结果表明, GO已被还原成RGO, Pt纳米粒子均匀分散在RGO表面,粒径约为2.3 nm.采用循环伏安法和计时电流法评价催化剂对甲醇氧化的电催化性能,测试结果表明, Pt/RGO催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性与Pt/C和Pt/CNT相比有了很大提高.另外其对甲醇电催化氧化的循环伏安图中正扫峰电流密度(I_f)和反扫峰电流密度(I_b)的比值高达1.3,分别是Pt/C和Pt/CNT催化剂的2.2和1.9倍,表明Pt/RGO催化剂具有高的抗甲醇氧化中间体CO_ad的中毒能力.     

石墨烯-富勒烯铵碘盐复合载体负载Pd催化剂的制备及电催化氧化乙醇性能

采用水合肼水热还原法制备了不同比例还原氧化石墨烯(RGO)与n型自掺杂富勒烯铵碘盐(PCBANI)的复合载体RGO-PCBANI, 并在电极上用这些载体负载Pd纳米粒子制备了Pd/RGO-PCBANI电催化剂. 利用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)对RGO-PCBANI和Pd/RGO-PCBANI的形貌及结构进行了表征. 利用循环伏安和计时电流等电化学方法研究了该催化剂电催化氧化乙醇的性能. 结果表明, 所制备的RGO-PCBANI(6∶1)载体的分散性较好, 用其负载的Pd纳米粒子平均粒径为5.2 nm, 且Pd/RGO-PCBANI(6∶1)催化剂的催化活性最好, 质量电流密度达到1288.8 mA/mg.     

Pt纳米线阵列的氧还原催化性能

采用阳极氧化铝(AAO)模板法电化学沉积制备了Pt纳米线阵列(Pt NWs)氧还原催化剂, 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学测试对Pt纳米线阵列催化剂的形貌和电催化性能进行了表征. 循环伏安法(CV)研究表明Pt纳米线阵列催化剂的电化学活性面积大于其几何面积; 旋转圆盘电极(RDE)测试研究发现, 制备的Pt纳米线阵列催化剂的氧还原反应(ORR)曲线的半波电势相对Pt/C的有正移, 并且Pt纳米线阵列催化剂的极限扩散电流比Pt/C大.     

泡沫状二维复合材料的合成及超级电容器性能

利用蔗糖和乙醇作为碳源,以氯化镍高温还原形成的镍颗粒作为模板,制备了泡沫状石墨烯多孔材料。 继而以其作为载体,通过浸渍和高温热解法制备了泡沫状MoS₂/石墨烯二维复合材料。 通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)等技术手段研究了复合材料的形貌、组成和结构。 循环伏安、恒流充放电和循环寿命测试均表明,该材料具有良好的超级电容器性能,质量比电容达203.5 F/g,面积比电容达280 mF/cm²,5000次恒流充放电循环后的电容保持率约80%。     

还原氧化石墨烯修饰泡沫镍原位负载MnO2对H2O2电还原反应催化性能的研究

采用两步易操作的水热法制备了还原氧化石墨烯（rGO）修饰泡沫镍（Ni foam）基体原位负载MnO₂纳米片（MnO₂/rGO@Ni foam）催化剂电极.通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对电极的微观形貌和组成进行了表征.利用循环伏安法和计时电流法对电极对H₂O₂电还原反应的催化性能进行了系统的测试.根据测试结果得知,电极在3 mol/L NaOH和1 mol/L H₂O₂溶液中表现出最佳的催化性能.在该溶液中,当电位为－0.8V时,H₂O₂电还原反应的电流密度可以达到240 mA/cm²,高于同等条件下MnO₂直接生长在Ni foam上的电流密度180mA/cm².通过不同温度下的极化曲线计算出了在该电极上H₂O₂电还原反应所需的活化能大小为21.53 kJ/mol,明显低于文献中报道的数值.对比实验结果表明rGO的加入显著地改善了MnO₂催化剂的催化性能与稳定性.     

氮掺杂碳载体促进铂纳米颗粒电催化氧还原反应的作用机制研究（英文）

氮掺杂碳通常被用作铂基催化剂电催化氧还原反应的功能载体,但是,掺杂的氮对分子氧在铂活性中心上的吸附和还原机理尚不清楚。本研究采用氨气热解的方法制取氮掺杂纳米碳作为载体,并采用调节氨气热解温度进而控制不同种类氮掺杂的含量,可以使铂催化剂获得较高的零价铂含量、较大的电化学活性面积、合适的铂粒径(2.10 nm)和电子快速传输能力从而提高电催化活性。研究发现,具有最佳氮含量掺杂的Pt/Nano-NC-800催化剂显示出优异的电催化氧还原性能(例如,半波电位为0.80 V vs RHE,极限扩散电流为5.37 mA/cm²),以及强的抗甲醇和一氧化碳中毒能力。该性能优于商业铂碳催化剂(20%,JM)以及大多数沉积在碳纳米颗粒或其他载体上的铂催化剂,表现出优异的应用潜力。     

聚乙烯亚胺改性石墨烯载Pt催化剂的制备及其对甲醇的电催化氧化

以聚乙烯亚胺(PEI)改性的石墨烯(PEI-GNs)为载体,利用原位电化学还原法制备了功能化石墨烯载铂催化剂(Pt/PEI-GNs)。运用X射线光电子能谱、X射线粉末衍射、扫描电镜等对催化剂的组成、结构、形态进行表征,结果表明:实验成功制备了Pt/PEI-GNs催化剂,且PEI-GNs改善了Pt粒子的分散性和形貌。运用电化学方法考察了PEI-GNs对Pt纳米粒子电催化性能的影响,结果表明,相对于Pt催化剂,Pt/PEI-GNs催化剂表现出更高的催化活性和稳定性,这主要是由于Pt粒子在PEI-GNs载体上形成均匀分散的绣球状粒子及PEI-GNs良好的电子传递能力。     

Pt修饰的Ni/C催化剂电催化氧化乙醇性能

采用两步还原法制备了Pt修饰的Ni/C催化剂(Ni@Pt/C),并应用X射线衍射和透射电子显微镜对催化剂进行了表征.结果表明,载体上催化剂粒子呈两相复合结构,具有较好的分散性,平均粒径为4.4 nm.电化学测试表明,Ni@Pt/C催化氧化乙醇的活性电流高达0.37A/mg,是商业Pt/C催化剂的2.33倍,PtNi/C...     

直接甲醇燃料电池的Ir-Fe/C 阴极催化剂性能

合成了直接甲醇燃料电池的Ir-Fe/C阴极催化剂, 用X射线衍射(XRD)谱和X射线能量色散谱(EDS)等方法对该催化剂进行表征, 研究了碳载Ir-Fe(Ir-Fe/C)催化剂对氧还原的电催化活性和抗甲醇能力. 研究发现, 氧在碳载Ir(Ir/C)和Ir-Fe/C催化剂电极上还原的起始氧还原电位分别为0.57和0.65 V. 在0.2 V下的电流密度分别为4.6和5.8 mA/cm², 表明Ir-Fe/C催化剂对氧还原的电催化性能要优于Ir/C催化剂, 而且Ir-Fe/C催化剂也有很好的抗甲醇能力.     

聚多巴胺包覆银衍生氧还原电催化剂的合成

以聚多巴胺(PDA)为载体,利用多巴胺的还原性在碱性条件下还原硝酸银,再经过高温热解,使聚多巴胺碳化,合成了Ag@C-PDA催化剂.这种催化材料在氧还原反应(ORR)相关的测试当中有较好的表现,在0.1 mol·L^-1的KOH电解质中起始电位和半波电位分别为0.879和0.731 V(νs. RHE),在电势为0.4 V时,其动力学极限电流密度可达到4.81 mA·cm^-2.经过20 000 s的i-t循环后,Ag@C-PDA催化剂的电流衰减仅为3%,表现出了优于商业Pt/C的稳定性.Ag@C-PDA良好的ORR电化学活性源于本身具有较强导电性的Ag纳米粒子均匀分散以及碳材料较高的石墨化程度.     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的新体系: 纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂

采用电合成前驱体Ti(OEt)₄直接水解法和电化学扫描电沉积法制备纳米TiO₂-CNT-PtNi复合纳米催化剂. 透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明, 纳米PtNi合金粒子(平均粒径8 nm)均匀地分散在纳米TiO₂-CNT复合膜的三维网络结构中. 通过暂态电化学方法研究表明, 复合纳米催化剂的电化学活性比表面积为90 m²/g, 对甲醇氧化具有很高的电催化活性和稳定性, 常温常压下甲醇氧化峰电位为0.67和0.44 V, 当温度为60 ℃时, 氧化峰电位负移至0.64和0.30 V, 氧化峰电流密度高达1.38 A/cm². 复合纳米催化剂对甲醇电氧化的高催化活性和稳定性可归因于多元复合纳米组分的协同催化作用, 这种作用导致CO在复合纳米催化剂上的弱吸附, 从而避免了催化剂的中毒.     

三维多孔结构Pt-Ag气凝胶的制备及电催化氧还原反应性能

采用化学还原法及水热法制备了具有树枝状结构的铂-银气凝胶,并对其进行酸碱刻蚀再处理获得刻蚀后的铂-银气凝胶催化剂.利用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征了铂-银气凝胶的结构、组成及微观形貌.利用循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)测试了催化剂对氧还原反应(ORR)的电催化活性和稳定性.结果表明,刻蚀后的Pt-Ag气凝胶具有优异的ORR活性,在0.9 V处,刻蚀后Pt-Ag气凝胶的质量比活性和面积比活性分别为166.3 m A/mgPt和0.295 m A/cm~2,分别是商业铂/碳催化剂(20%Pt/C)的2.0倍和1.8倍.该催化剂还具有优异的稳定性,循环5000周后,动力学催化质量比活性和面积比活性分别只降低了6.1%和9.1%,远小于商业Pt/C的35%和52.1%.     

铁氮掺杂对石墨烯担载铂催化剂氧还原反应活性的影响

高氧还原活性担载铂催化剂的研发是加快质子交换膜燃料电池商业化进程的主要手段之一。以石墨烯为碳源,1,10-菲啰啉为氮源,FeCl3为铁源,用浸渍法制备铁氮掺杂石墨烯(Fe/N-G)载体,并通过乙二醇还原法获得PtFe/N-G催化剂,探究铁氮原子的引入对石墨烯担载铂催化剂氧还原反应催化活性的影响。采用X射线衍射、比表面积和孔径分布测试、X射线光电子能谱等表征手段对载体及催化剂结构进行表征,使用电化学方法对载体和催化剂的氧还原反应活性进行测试。结果表明,PtFe/N-G催化剂的氧还原反应起始电位及半波电位分别为0.96 V、0.83 V,优于相同Pt担载量的商业20%Pt/C催化剂。铁氮掺杂后,石墨烯载体具有较大的孔径更有利于氧还原反应过程中生成物与反应物的传递,PtFe/N-G催化剂中存在吡啶氮和Fe-N型氮与铂纳米颗粒的协同催化,以及铂纳米颗粒与铁氮掺杂石墨烯载体间的相互作用,是PtFe/N-G催化剂具有优异的氧还原催化活性的可能原因。     

金催化-还原策略制备单原子层铂的Au@Pt核壳结构及电催化应用

在15 nm金纳米粒子(Au NPs)和4-(2-羟乙基)-哌嗪乙磺酸(HEPES)混合溶液中,Pt~(2+)在金催化作用下被HEPES还原为Pt原子并沉积于Au NPs表面,常温下制备了单原子层Pt包覆Au核的核壳纳米结构(Au@Pt NPs).通过紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)等对材料的晶体结构和形貌进行了表征.电化学测试表明,表面具有单原子层铂的Au@Pt NPs对氧气还原反应表现了良好的电催化性能,在碱性溶液中其电化学活性面积(ECSA,183.40 cm~2/mgPt)和质量活性(.0.075 V下为573.2 mA/mgPt)分别为商业Pt/C催化剂(102 cm2/mgPt和113.39 mA/mgPt)的1.72和5.06倍.