层状水滑石结构包覆钴硼合金的电化学产氧性能

电解水制氧是一种非常有吸引力的转化储存间歇式能源的技术.本文着重研究了非晶态钴硼合金的电解水产氧性能.非晶态钴硼合金可以通过硼氢化钠直接还原钴盐来获取,并表现出较高的电化学活性.对钴硼合金的弱氧化,产生了类水滑石结构的钴氢氧化物,可进一步提高该类催化剂的整体催化活性,达到接近商业催化剂水平.     

微包覆钴贮氢合金电极电化学性能的研究

以化学镀钴方法微包覆处理贮氢合金,用交流阻抗、循环伏安以及模拟电池充放电实验研究了该贮氢合金电极的电化学性能.结果表明,贮氢合金经包覆钴后,即可减小电极表面的电化学反应阻抗,提高其催化活性,并降低充放电过程的极化,从而增大了电极的放电容量和充电效率.相关的电极过程为扩散控制.     

铂合金氧还原催化剂:合成、结构和性能（英文）

质子交换膜燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的装置,它具有转化效率高、能量密度高、低温启动、易于操作等优点,因而被认为是最具发展前景的新能源利用方式,在电动汽车、便携电源及分散式电站有着广泛应用.但是,目前质子交换膜燃料电池技术的发展面临着巨大挑战,主要问题包括高成本、低功率密度和低寿命.众所周知,质子交换膜燃料电池中的阴极氧还原反应在酸性条件下是一个复杂的四电子过程,动力学速度缓慢,限制了电池的最终性能.目前大量使用的阴极氧还原催化剂是细小的铂或铂合金纳米颗粒负载在碳载体上,其成本占燃料电池总成本的比例最大.制约燃料电池商业化发展的另一个重要问题是电池寿命低,其中氧还原催化剂的稳定性是决定电池寿命的主要因素.在这样的研究背景下,如何降低催化剂中铂的用量、提高催化剂活性和稳定性显得尤为重要,这也是近年来国内外学者研究的热点.在铂基合金催化剂中,通常采用过渡金属元素作为掺杂元素,由于原子半径不匹配(几何效应)以及电子结构不同(电子效应),合金催化剂表现出优于纯铂催化剂的催化性能.近几年,对于铂基合金催化剂的研究已取得重大进展,以合金组成和结构研究为基础,通过精确控制原子结构、调...     

硫掺杂镍铁层状双氢氧化物的氧析出电催化性能（英文）

氧析出反应(OER)是裂解水、二氧化碳还原、以及可充电的锌空电池等许多技术中重要的半反应,但受限于其迟缓的反应动力学,开发高效的氧析出催化剂迫在眉睫.在OER出反应中,性能较好的非贵金属催化剂主要是第四周期过渡金属的一些化合物,如氧化物、氢氧化物、硫化物、硒化物、磷化物等等.在这些材料中,镍铁双金属化合物被认为是最优的氧析出材料,尤其是镍铁层状双氢氧化物(Ni Fe-LDHs)它拥有较大的电化学活性面积以暴露较多活性位点,同时镍铁两种过渡金属元素存在协同效应,使得其具有良好的催化性能.然而,这一类材料的OER性能仍然有优化的空间.研究表明,将硫化物氧化得到的氢氧化物会有少量的硫元素残留,这种硫残留的氢氧化物拥有十分优异的OER性能.为了进一步认识硫的引入对Ni Fe-LDHs的OER行为的影响,本文通过水热法合成了硫掺杂的Ni Fe-LDHs,考察了硫的掺杂量对催化剂性能的影响,验证了微量硫的存在对Ni Fe-LDHs的OER性能的贡献.扫描电镜图片显示,水热合成的催化剂是厚度为几十纳米的薄片,拥有较高的比表面积, X射线荧光光谱分析证明合成的硫掺杂Ni Fe-LDHs中镍铁的元素比例...     

氧还原电化学催化剂研究的最新进展（英文）

燃料电池可以在接近室温条件下将氢或烃类中蕴含的巨大化学能通过电化学途径直接转化为清洁、稳定、可持续的电能,因而被视为极有前景的、能够满足日益增长的世界能源需求的终极解决方案之一.在一个典型的氢燃料电池中,氢在正极氧化而氧在负极还原,从动力学角度说,氧还原反应(ORR)比氢氧化反应进行的慢得多.无论是在酸性还是碱性条件下,氧的还原都可以一个四电子过程或是两个双电子过程进行,当然在酸性和碱性环境中反应的机理不同.铂一直是最有效的ORR催化剂,但受到价格昂贵、稳定性差和易中毒等因素的制约,目前非铂催化剂成为越来越引人瞩目的发展方向.本综述试图从分子催化剂、金属纳米材料催化剂、金属氧化物催化剂和新兴的二维材料催化剂等方面,选取近十年来最能代表ORR电化学催化剂方面成就的例子分析其优缺点,并为今后该领域的研究提供一些有益的思路.典型的分子催化剂是卟啉类化合物,当这种四齿的N4配体与过渡金属特别是铁、钴络合时,往往显示出良好的ORR催化性能,多数情况下其中的过渡金属中心、配体和碳支撑体系共同组成催化剂的活性中心.在另一些报道中,邻菲罗啉或是连吡啶型N_2化合物也可以作为配体使用.第四和第五副族的很多金属形成的不同价态的氧化物都具有氧还原活性,比如MnO_x,CoO_x,TiO_x,ZrO_x,IrO_x等.金属氧化物表现出易于修饰,不容易团聚和抗腐蚀等诸多优点,而其良好的ORR性能与表面的缺陷密切相关,因此钙钛矿型氧化物ABO_x也引起人们的广泛关注,人们可以通过调节氧化物的晶型、尺寸和组成来获得更好的催化性能.近年来随着液相合成技术的发展,人们可以制备出理想形状和尺寸的单分散纳米粒子,然后通过旋涂、自组装等手段将其修饰到合适的电极上以获得增强性能的ORR催化剂.通过形状与尺寸调控,或组合成其它复杂的纳米结构,都有可能提高催化活性或是稳定性,因此有关纳米催化剂的研究日趋增多.在此基础上,考虑到石墨烯的可修饰性和良好的电化学性能,纳米材料复合石墨烯所形成的二维或三维结构也可提供很好的氧还原催化性能,而MoS_2代替石墨烯作为支撑物所构成的二维催化剂也是值得注意的研究方向.综上所述,尽管现有的非铂催化剂仍难以完全满足商业化的要求,设计理念和合成方法的快速发展有望在不远的将来解决这一难题.而设计合成可控尺寸、形状、组成和表面形貌的纳米催化剂在很大程度上将加速这一进程.     

多级结构还原氧化石墨烯包覆的钴铁氧体的合成及电化学性能

以水滑石为前驱体合成微米花/纳米片多级结构过渡金属复合氧化物CoFe2O4,一种高性能锂离子电池负极材料。 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等技术手段对其进行结构表征,发现得到的复合氧化物为单一晶相,且具有多级结构。 电化学性能测试表明,得到的负极材料具有高比容量和倍率性能。 通过还原氧化石墨烯(rGO)对CoFe2O4进行表面包覆制备CoFe2O4/rGO,其循环稳定性得到大幅度提高。     

钴铬水滑石的合成及表征

采用共沉淀法合成了一系列不同Co/Cr物质的量比的碳酸根型水滑石。用X－衍射、红外光谱、差热、热重、分光光度等方法对其组成和结构进行了研究。结果表明Co/Cr投料比为2到3时能形成结晶度好、纯度高的水滑石。初步推测了部分产物的组成及所含水滑石的化学式。     

含Cu水滑石的结构与光催化性能

采用双滴共沉淀法合成出不同投料摩尔比的碳酸根型水滑石, 并用X射线粉末衍射仪(XRD)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对其进行表征, 研究了其结构和性质. 通过考察水滑石层板中金属阳离子比例和种类的变化对光催化的影响, 发现掺入合适比例的Cu阳离子可使水滑石(LDH)的光催化活性有所提高. 同时用n(Cu):n(Mg):n(Al)=2:1:1的LDH对50 mL初始浓度为10 μmol/L的罗丹明B(RhB)溶液进行光催化实验, 发现在13 ℃(通循环水)、 pH=7.84的条件下, 150 mg LDHs对罗丹明B的降解率达到85.2%, 并且光催化降解量所占比重在50%以上. 此外, 探讨了光催化过程的动力学和光催化降解机理, 发现光催化降解过程符合准二级动力学方程.     

石墨烯包覆富锂层状材料的制备及其电化学性能

应用共沉淀结合固相烧结合成了富锂层状氧化物（Li-rich layered oxide,LLO）Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂. 对制备的富锂材料用氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）包覆后,再经300 ^oC空气中煅烧,制备了石墨烯（Graphene,Gra）卷绕包覆的复合材料（LLO/Gra）. 使用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）及电化学方法表征所得样品. 结果表明,富锂层状氧化物均匀地卷绕在石墨烯中. 与原始富锂材料相比,石墨烯包覆后的复合材料表现出更加优异的电化学性能. 尤其是石墨烯卷绕可以改善富锂材料的导电性,提高材料的放电倍率性能,在2.0至4.8 V电压范围内,0.1C（20 mA·g^-1）电流充放电下,容量达270 mAh·g^-1,1C倍率下复合物的放电容量接近200 mAh·g^-1,比原始LLO材料170 mAh·g^-1提高了15%.     

水滑石基钴铜催化剂中钴的碳化在高碳醇合成中的作用（英文）

Co-Cu基催化剂广泛用于合成气制高碳醇反应(HAS)中.尽管很难从本质上完全理解催化剂的活性位,但是在HAS条件下生成的Co_2C对反应的贡献是显而易见的.开发了CO预处理工艺,系统地研究了钴的碳化对催化剂结构性能和催化性能的影响.通过在HAS反应之前将催化剂暴露在含CO的气氛中,催化剂表面发生Co的富集,然后形成碳化物.这种表面改性减少了烃类的形成,促进了C2+OH的形成.催化剂经20 bar下CO预处理后,乙醇选择性最高,烃类选择性最低.     

Ni-Fe合金泡沫的制备及电解水析氧性能研究（英文）

NiFe羟基氧化物及其氢氧化物是一种有效的、含量丰富的且廉价的析氧反应催化剂。然而,这类催化剂有着不可避免的缺陷—易脱落,严重影响了它的长期稳定性,因而阻碍了其工业应用;同时,导电性不高导致了其在析氧反应时较高的过电位。本文采用共电沉积法和模板去除法,利用聚氨酯海绵作为模板,电沉积了不同Fe含量的NiFe合金泡沫用于催化析氧反应,并通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分别表征了NiFe合金泡沫的物理性质,表明催化剂中Ni和Fe元素的存在及其分布均匀,形成了多孔NiFe合金。通过循环伏安法(CV)、线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱法(EIS)、I-t等测试了其OER性能。含铁量为30%的NiFe合金泡沫在过电位为292 mV即可产生10 mA/cm²的电流密度,Tafel斜率为126.12 mV/decade,且具有良好的长期稳定性。由于没有任何复杂的电极制备方法和黏合剂,本文所研究的NiFe合金泡沫非常适用于作为工业碱性介质中电解水的阳极材料。     

ZIF-9（Co）衍生物磷化钴复合CeVO4协同高效产氢性能（英文）

众所周知,太阳能是一种清洁,可持续的能源.如何更有效地利用太阳能来解决人类面临的能源和环境问题已成为近几十年来科研工作者们的研究热点.半导体光催化技术被认为是人工光合作用的主要发现.光催化技术是解决日益严重的能源短缺和环境污染问题的有效途径,越来越受到人们的关注.氢作为理想的清洁能源,具有燃烧价值高,无污染的优点.光催化制氢技术的应用是最具发展性的制氢方法之一.因此,有效光催化剂的设计和开发显得十分重要.由于光催化析氢反应(HER)主要是半反应,因此必须引入牺牲试剂.同时,光敏剂的存在加速了光催化剂对光的吸收.在这种情况下研究光催化材料的结构和性质之间的关系至关重要,它能指导人们开发低成本,高稳定性,高活性的析氢光催化剂.本文首次成功地合成了以ZIF-9(Co-MOFs)作为前驱体的CoP纳米粒子,并通过简单的化学沉淀法制备了CeVO4光催化剂.深入研究了CoP,CeVO4及其复合催化剂的光催化制氢性能.发现CoP/CeVO4复合催化剂在染料敏化条件下表现出优异的光催化活性.当CoP和CeVO4结合质量比为1:1时,所得样品V1C1的复合光催化活性对于析氢最佳,在5 h内氢产生量达到444.6μmol.由于CeVO4和CoP偶联是一步完成.CeVO4牢固地粘附在CoP颗粒的表面上,形成“小点”到“大点”异质结.XRD,XPS,SEM,EDX和TEM的结果显示,CoP和CeVO4纳米颗粒的形成和复合物的结构.基于对Mott-Schottky曲线,UV-vis漫射光谱,光电流-时间曲线,Tafel曲线,奈奎斯特曲线,线性伏安曲线和稳态/瞬态荧光测量结果表明,CoP/CeVO4高效析氢的原因是CoP和CeVO4复合后存在肖特基势垒,导致能带发生弯曲,并且CoP与CeVO4之间异质结所形成的内建电场能加速电荷转移.此外,CoP和CeVO4之间独特的协同效应为彼此提供了新的析氢活性中心.提高了载流子分离效率,降低了光生载流子复合率.因此,CoP/CeVO4复合催化剂具有优异的光催化析氢活性.本文为过渡金属磷化物光催化剂的电子结构和载流子行为的调控提供了新的策略.     

稀土水滑石的合成与表征（Ⅰ）

合成了稀土镧在层晶格骨架中的水滑石,经粉末X射线衍射、红外光谱、X射线光电子能谱及离子交换法进行了表征.通过催化苯酐与正己醇的酯化反应,表明样品具有催化活性.     

钴铝和锌铝水滑石的合成

采用低过饱和共沉淀法合成了一系列锌铝和钴铝水滑石,其结构经IR和XRD表征。研究结果表明,两类水滑石晶体结构相似;钴铝水滑石的稳定性高于锌铝水滑石。     

基于尖晶石型混合金属钴矿的高效析氧电催化性能（英文）

尖晶石钴矿(例如ACo₂O₄,其中A=Mn, Fe, Co, Ni, Cu或Zn的阳离子取代)是一种精确调控其电子结构/性质,并因此改善相应的电催化水分解析氧(OER)性能的有前途的策略.然而,有关它的基本原理和机制尚未完全理解.为了确定尖晶石氧化物在OER中的作用,已有实验和理论报道.例如, Prabu发现Ni³⁺离子取代Ni Co₂O₄的八面体位点可以显着提高OER性能;Hutchings报道OER性能提高源自Co₃O₄八面体Co³⁺的活性位;Wei研究发现Mn Co₂O₄八面体位置的Mn³⁺离子是OER的活性位点.尽管多数研究没有对此给出清晰的解释,但这些研究清楚地表明,尖晶石氧化物对OER的电催化性能在很大程度上取决于过渡金属阳离子(A)的化合价态及其在尖晶石结构中的相应位点分布.本文旨在合成具有同种形貌的尖晶石ACo₂     

层状化合物镍铝水滑石的制备和表征

采用变化pH值法和恒定pH值法 ,以硝酸镍、硝酸铝为原料 ,NaOH为沉淀剂水热合成了层状化合物镍铝水滑石。分别测定了Ni/Al摩尔比为0 5、1 0、2 0、6 0和10 0混合金属盐溶液的NaOH滴定曲线 ,并利用XRD对滴定过程中不同pH值阶段的合成物进行物相鉴定。实验结果表明 ,在Ni/Al=1 0～6 0范围内 ,不论起始混合盐溶液中Ni/Al摩尔比如何 ,在pH=5.0～6 .0范围内 ,均能合成结构单一的镍铝水滑石 ,随Ni/Al比的增加 ,合成的HTLc(水滑石)中镍含量随之增加 ;合成体系在较低pH(3 3～4 .8)范围为Al(OH) 3 生成阶段 ,较高pH(6.0～7 .5)范围为Ni(OH) 2 和HTLc 的共生阶段。该研究同时考察了其它因素在合成过程中的影响 ,筛选出镍铝水滑石合成的最佳条件。     

恒电位氧化改性石墨毡及其氧还原电极的电化学性能（英文）

分别采用循环伏安改性法和恒电位氧化法对石墨毡进行改性处理,并采用循环伏安法对其电化学性能进行研究,实验结果表明,恒电位氧化改性较循环伏安改性的石墨毡有较好的氧还原活性。通过XRD、FTIR、接触角和CV针对恒电位氧化处理石墨毡进行了进一步的测试。测试结果显示,随恒电位氧化时间的增加,石墨毡表面亲水性含氧官能团增加,润湿性增强。恒电位氧化改性处理25 min的石墨毡氧还原峰电位及电流密度分别为~-0.43 V和~0.003 4 m A·cm~(-2),显示出很好的电化学催化性能。基于以上结果,恒电位氧化法改性处理能够极大提高石墨毡的氧阴极活性。     

枝杈状Bola型两亲分子包覆的层状近晶相多金属氧簇液晶（英文）

我们利用离子自组装的方法以含苯甲酸基团的两亲分子A6包覆了含铕的无机多金属氧簇Na_9[EuW_(10)O_(36)]。利用红外光谱、热重分析、元素分析等方法对所得有机无机杂化复合物A6Eu进行了详细的结构表征。苯甲酸基团通过分子间氢键相互作用发生的二聚使有机组分形成了枝杈状的Bola型结构,这种结构导致外围的介晶基元以侧向方式连接在无机簇上。我们通过差示扫描量热法、偏光显微镜和变温X射线衍射对A6Eu的热致液晶性质进行了表征。虽然单独的两亲分子A6组装成了简单的近晶结构,但是复合物A6Eu表现出新颖的层状近晶相液晶结构。层状近晶相液晶结构中介晶基元是平行于层面的。由此可见,介晶基元的侧向连接方式对复合物的热致组装结构具有重要影响。多金属氧簇的荧光性质在液晶材料中得到了很好的保持。     

纳米非晶镍硼合金的合成及其碱性电催化析氢性能研究（英文）

可持续能源电解水制氢是实现零碳排放氢经济的有效途径。碱性环境下的电催化析氢反应(HER)是电解水技术主要的能量转换过程之一。开发高活性、低成本的非贵金属催化剂是碱性电解水析氢反应的关键所在。本研究以壳寡糖为保护剂,采用简单易行的化学还原法制备了纳米NiB非晶合金电催化剂并用于碱性析氢反应。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、电感耦合等离子体分析(ICP)和X射线光电子能谱(XPS)等多种表征方法研究了不同条件下获得的催化剂结构组成及特征物性参数。结果表明,壳寡糖的加入可以有效调控纳米粒子的平均粒径为4 nm左右,提升活性比表面积,增加活性位点,从而提高其电催化活性。所制备的NiB-COS在1.0 mol/L NaOH中表现出优异的HER性能,析氢反应起始过电位仅为15.1 mV,在电流密度为10 mA/cm²时HER过电位为49.4 mV,Tafel斜率为86.1 mV/dec,为制备高活性、低成本、简单易得的HER电催化剂提供了重要策略。     

硼掺杂对稀土贮氢合金相结构和电化学性能的影响

研究了用B掺杂替代Al对AB5型稀土贮氢合金相结构和电化学性能的影响。对M1Ni3．55Co0．75Mn0.4Al0．3-xBx（x=0，0．1，0．2，0．3）合金的研究结果表明：掺B后贮氢合金出现了CeCo4B第二相，导致贮氢合金的电化学容量下降；随B含量的增加和Al含量的减少，氢的扩散系数明显上升，合金的极化电阻减小，合金的高倍率放电性能和低温性能得到明显改善。