缺碳型介孔空心球状碳化钨制备及其对甲醇氧化的电化学行为

采用喷雾干燥法制得空心球状结构偏钨酸铵,通过固定床气固反应,以CO/H2为还原碳化气氛在700～900℃下制备了介孔结构空心球状碳化钨(WC).经XRD,SEM及EDS测试表明,WC粉末样品在保持了单相WC的前提下,样品存在一个微量缺碳的原子比例,其W/C1,且在高氢环境中WC球体表面有部分纳米颗粒依附于片状碳化钨基体上.将制备得到的WC粉末样品制成微电极,采用电化学测试技术研究了WC在硫酸介质中对甲醇的电催化氧化反应.结果表明,缺碳的介孔结构空心球状WC催化剂对甲醇氧化有着良好的电催化活性,并对动力学参数进行了研究,结果显示其反应的表观活化能为105.06kJ/mol,且其在微电极中的氧化行为受扩散控制.     

介孔结构空心球状WC粉体催化剂的制备与表征

以偏钨酸铵为钨源, CO为还原性气体和碳源, 采用喷雾干燥微球化处理—气固反应法制备了具有介孔结构空心球状的WC粉体. 采用XRD, SEM, EDS和TG-DTA等分析手段对样品的形貌、物相组成、化学成分以及在空气中的热稳定性进行了表征. 结果表明, 碳化钨粉体为缺碳含氧的WC相, 化学成分为W, C, O, W与C的原子比接近1∶1; 碳化钨颗粒为分散性良好的空心球状, 表面具有介孔结构; TG-DTA曲线表明, 样品在空气中具有良好的热稳定性.     

超声辅助法制备双孔空心球状碳化钨及其电催化性能

采用超声空化辅助法制得空心球状结构偏钨酸铵(AMT),通过固定床气-固反应,以CO/H2为还原碳化气氛在700-900℃下制备得到了介孔结构空心球状碳化钨.并再次超声处理后分解球型结构得到条状介孔碳化钨.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重-差热分析(TG-DTA)、比表面测试(BET)和孔径分布测试(BJH)对样品进行了表征.结果表明,样品组成为单相碳化钨,且在空气中低于410℃时具有高稳定性并且具有4和22nm的双孔隙分布结构.将碳化钨粉末制成粉末微电极(PME),采用循环伏安(CV)技术研究了碳化钨在质子惰性介质中对硝基苯的电催化还原性能.结果表明,相比铂微盘电极,双孔结构碳化钨对硝基苯还原有着更好的电催化活性,在峰电位上比铂微盘正移了30mV,Ip-v1/2关系曲线显示硝基苯在粉末微电极中的还原行为受扩散控制.     

介孔钯-硼合金纳米颗粒的制备和甲醇氧化电催化性能北大核心CSCD

合金化可以调节贵金属纳米材料的物理化学性质,从而显著提升它们的电催化性能。尽管合金化在过去的20多年里已取得诸多成果,但是如何充分发挥纳米合金的组分优势仍需深入的探究。本研究通过一步溶液相合成法实现了类金属硼(B)合金化的钯基介孔纳米催化剂材料的合成,同时探究了B原子的组分优势和介孔形貌的结构优势在碱性介质中电化学甲醇氧化反应(MOR)的协同作用。最优PdCuB介孔纳米催化剂表现出优异的电化学MOR活性和稳定性。机理研究表明,优异的催化活性源于B原子在Pd基介孔纳米催化剂中的积极协同作用;该协同作用通过电子效应(改变Pd的表面电子结构从而减弱CO基中间体的吸附)和双功能效应(促进OH_(2)的吸附从而氧化CO基中间体)在动力学上加速了有毒CO基中间体的去除(提高甲醇氧化的决速步骤)。同时,B原子的间隙插入和介孔结构抑制了物理奥斯特瓦尔德(Ostwald)熟化过程,显著增加了催化剂的稳定性。     

片层WC/C的原位合成及其在甲醇氧化中的应用

以片层二硫化钨(WS2)为前驱体,氯化钠(Na Cl)为介质,CO为气体碳源,采用程序升温法一步合成片层碳化钨/碳复合材料(WC/C)。通过X射线衍射(XRD),X射线近边吸收谱(XANES)和扫描电镜(SEM)等一系列手段对样品的化学组成、形貌、结构等进行表征。研究发现,在高温渗碳过程中,不仅利用WS2的片层结构和Na Cl的锚定作用合成了具有薄层孔洞的WC,而且Na Cl和WS2金属面对碳膜生长的催化作用使WC表面覆有原位生长的碳膜,为电子传输提供了有效通道。将该材料作为载体材料进行电化学性能测试,结果表明:负载少量Pt后制得的Pt/WC/C电催化剂,在甲醇氧化反应(MOR)中表现出良好的电催化活性、稳定性及优异的抗CO中毒能力。     

介孔空心球状WC微球结构与晶相形成机理

采用喷雾干燥微球化处理-气固反应法制备了介孔空心球状WC微球，应用扫描电子显微镜(SEM)对微球的形貌变化进行了表征。结果表明，介孔空心球状结构是逐步形成的。其中，空心球状结构形成于前驱体微球化处理过程中，介孔结构形成于空心微球还原碳化过程中。在与样品制备工艺条件相同的情况下，采用原位X射线衍射技术(in situ XRD)对样品的晶相演变规律进行了监测。结果表明，样品在CO/CO₂气氛中进行还原碳化时，当温度缓慢而连续上升到750 ℃时，其晶相变化遵循AMT → WO₃ → WO₂ → W₂C → WC规律;当采用“阶跃式”升温，即温度缓慢而连续上升到400 ℃，然后再快速上升到750 ℃，并在750 ℃下进行还原碳化时，其晶相变化规律为AMT → WO₃ → WO₂ → WC。这说明，样品的晶相演变不仅与还原碳化温度和时间有关，而且与升温方式和升温速率有关。     

电化学制备二维“花状”Pt纳米结构及其对甲醇的电催化氧化

采用恒电流电化学技术在玻碳基底上制得二维"花状"Pt纳米结构(2D FPNs)样品,所用的电解液为HAuCl4+HClO4溶液,无需添加任何表面结构诱导的有机试剂,Pt纳米结构表面更"洁净",有较高的反应活性.扫描电子显微镜测试显示,2D FPNs样品是由球状纳米花构成,纳米叶子是构筑纳米花的最小单元.通过控制电沉积时间可调控球状Pt纳米花数的密度.高倍透射电子显微镜测试表明每个叶状纳米片沿着Pt(111)晶面定向生长.甲醇电催化氧化活性与电沉积时间有关.2D FPNs电极的甲醇的电催化活性稍高于商业Pt/C电极,却有更好的抗毒化能力,这可能归因于其特定的暴露晶面及表面的"洁净性".     

室温制备高合金化Pt-Ru/CMK-3催化剂及其对甲醇的电催化氧化

通过低温络合反应制备了高分散高合金化的Pt-Ru固溶体, 并将其均匀地担载在有序介孔碳CMK-3上, 以形成二元复合金属催化剂. XRD谱图表明,fcc结构的Pt原子部分被hcp结构的Ru原子取代形成置换固溶体， 而且几乎没有未形成合金的Ru存在. TEM和XRD研究结果表明， Pt-Ru/CMK-3催化剂中Pt-Ru合金粒子的平均粒径为27 nm, 且具有良好的均一度. 还研究了催化剂对甲醇的电催化氧化性能, 并与E-TEK公司同类催化剂进行了对比, 研究结果表明, Pt-Ru/CMK-3催化剂具有较大的电化学活性面积, 对甲醇的电催化氧化性能和抗CO中毒能力明显优于其它同类催化剂.     

有序介孔碳载钯的制备、表征及对甲酸的电催化氧化性能

通过浸渍法和硫引入贵金属法分别制备了主要负载在介孔碳主孔道(MPC/Pd-1)和负载在介孔碳孔壁上小介孔中[MPC/(S)Pd-2]的两类负载型钯电催化剂, 用XRD, SEM, TEM和电化学等方法表征了其结构和电催化性能. 循环伏安结果表明, 有序介孔碳载钯催化剂MPC/Pd-1和MPC/(S)Pd-2对甲酸氧化的催化活性分别是商用钯黑催化剂的4.0和2.4倍. MPC/Pd-1中的钯位于介孔碳的主孔道上, 增加了催化剂/电解质/反应物三相界面的面积, 使得其比MPC/(S)Pd-2的催化活性更高.     

磷钼酸修饰铂电极的电化学行为及对甲醇氧化的电催化作用

通过循环伏安扫描法制备了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极,并研究了该修饰电极在硫酸溶液中的电化学行为。研究结果表明:虽然磷钼酸具有较大的分子尺寸,但在Pt/Pt电极上仍能发生吸附作用,并且由于PMo₁₂在电极上的吸附,降低了Pt/Pt电极上氢区和氧区的荷电量,另外在0.02V左右还观察到磷钼酸的氧化-还原峰。通过稳态极化曲线和循环伏安曲线研究了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极对甲醇氧化的电催化作用。测试结果表明:PMo₁₂修饰铂基电极不但对甲醇的电氧化具有较高的活性,而且还有一定的抗CO中毒性。该修饰电极还具有较高的稳定性。     

Synthesis of Ultrafine Mesoporous Tungsten Carbide by High‐energy Ball Milling and Its Electrocatalytic Activity for Methanol Oxidation

Ultrafine mesoporous tungsten carbide (WC) was prepared from as‐synthesized mesoporous WC using high‐energy ball milling treatment. X‐ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and nitrogen adsorption‐desorption techniques were used to characterize the samples. Brunauer‐Emmett‐Teller (BET) surface areas of WC samples increased with the increasing ball milling time and kept constant at 10–11 m²·g^?1 for over 9 h. The electrocatalytic properties of methanol electro‐oxidation at WC powder microelectrodes were investigated by cyclic voltammetry, chronoamperometry, and quasi‐steady‐state polarization techniques. The results reveal that ball‐milled WC exhibits higher activity for methanol electro‐oxidation than as‐synthesized mesoporous WC. The suitability of ball‐milled WC for methanol electro‐oxidation is better than platinum (Pt) micro‐disk, although the current peak is not as high as the Pt micro‐disk. Moreover, increasing the methanol concentration and reaction temperature promotes methanol electro‐oxidation on ultrafine mesoporous WC.     

碳化钨纳米晶合成及其电化学性能

用Mg作还原剂,无水乙醇和WO3分别作为C源和W源,采用简单的溶剂热法合成了碳化钨(WC)纳米晶,并讨论了温度和时间对合成WC的影响,以及其形成的机理.通过X射线衍射、透射电子显微镜、能量色散谱和电化学方法表征了WC的物相结构、表面形貌、化学组成和电化学性能.结果表明,合成温度低至500℃时也能合成六方WC相.生成C的量超过W的量,说明纯化后的产物由C和WC组成.WC的粒径大约在40~70nm,分布于膜状碳上.将溶剂热法制备出的WC加入Pt/C中,其协同催化氧还原效果非常明显,起峰电势比Pt/C催化剂正移了173mV.     

氧化钨对 Pt-RuOxHy 电催化剂甲醇氧化性能的促进作用

 在多壁碳纳米管负载的 Pt-RuOxHy 样品中引入氧化钨 (WOm), 能有效抑制样品中水合氧化钌 (RuOxHy) 在酸性电解质溶液中的溶解. 在扩展电势 (–0.20~0.96 V vs SCE) 的电化学预处理过程中, RuOxHy 的溶解程度从 Pt-RuOxHy 中的 70% 降至 Pt-RuOxHy-WOm 中的 15%. 计时电流曲线测试结果表明, 与窄电势区间 (–0.20~0.46 V vs SCE) 预处理的钌物种没有流失的样品相比, 经扩展电势区间预处理的 Pt-RuOxHy-WOm 样品上甲醇电氧化反应的活性没有下降, 而 Pt-RuOxHy 样品的活性则下降 50%.     

Investigation of Platinum Dispersed on Reduced Graphene Oxide‐supported Tungsten Carbide via Sacrificial Cu Adlayers for Methanol Oxidation

Reduced graphene oxide‐supported tungsten carbide composite (WC/RGO) was prepared by program‐controlled reduction‐carburization technique. Scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscope (TEM) show that WC nanoparticles with a narrow distribution (10–20 nm) are highly dispersed both on the edge and between the layers of RGO. And then it was used as a support to load different low contents (no more than 0.4 wt%) of Pt via sacrificial Cu adlayers. The morphology and the electrocatalytic activity of the prepared catalysts were characterized by TEM and cyclic voltammograms (CV), respectively. The results indicate that a small amount of isolated Pt atoms show low or even no activity for methanol oxidation. With the increasing deposition cycles, the content of Pt and the ensembles of neighboring Pt atoms are increased, which makes the onset potential shift negatively and mass current density increase. The results demonstrate that controllable amount of Pt can be deposited on WC/RGO by galvanic displacement with Cu, and the extent and domain of Pt loading affect the electrochemical performance. Meanwhile, this research also provides another route to prepare a catalyst with ultra low noble metal on WC/RGO for solving the problem of high cost of the catalyst.     

Enhanced Oxygen Reduction and Methanol Oxidation Electrocatalysis over Bifunctional PtPdIr Mesoporous Hollow Nanospheres

Designing and constructing nano‐architectures with abundant reactive atoms exposed on the surface and widely open pore interiors is an effective strategy for highly efficient utilization of Pt‐based catalysts. Herein, we report a facile method to synthesize tri‐metallic PtPdIr mesoporous hollow nanospheres (PtPdIr MHNSs) by selective chemical removal of sacrificial metallic cores from pre‐constructed Pd@PtIr mesoporous nanospheres (Pd@PtIr MNSs). The unique nano‐architectures, with mesoporous shells interconnected into the interior hollow cavities and the synergistic electronic effect from tri‐metallic PtPdIr composition, enable the as‐synthesized PtPdIr MHNSs to be efficient bifunctional electrocatalysts for catalyzing both methanol oxidation reaction (MOR) and oxygen reduction reaction (ORR).     

Iron Carbide Nanoparticles Encapsulated in Mesoporous Fe‐N‐Doped Carbon Nanofibers for Efficient Electrocatalysis

Exploring low‐cost and high‐performance nonprecious metal catalysts (NPMCs) for oxygen reduction reaction (ORR) in fuel cells and metal–air batteries is crucial for the commercialization of these energy conversion and storage devices. Here we report a novel NPMC consisting of Fe₃C nanoparticles encapsulated in mesoporous Fe‐N‐doped carbon nanofibers, which is synthesized by a cost‐effective method using carbonaceous nanofibers, pyrrole, and FeCl₃ as precursors. The electrocatalyst exhibits outstanding ORR activity (onset potential of ?0.02 V and half‐wave potential of ?0.140 V) closely comparable to the state‐of‐the‐art Pt/C catalyst in alkaline media, and good ORR activity in acidic media, which is among the highest reported activities of NPMCs.     

碳化物修饰的有序介孔炭的制备及其催化肼分解性能

 以间苯二酚和甲醛为炭源, F127 (EO₁₀₆PO₇₀EO₁₀₆) 为结构导向剂, 在酸性水/乙醇溶液中引入 (NH₄)₆Mo₇O₂₄•4H₂O 或 (NH₄)₂WO₄ 溶液, 经静置自组装形成凝胶, 再于 N₂ 中焙烧即合成出金属碳化物修饰的有序介孔炭材料. 结果表明, 金属离子的种类和用量对碳化物的分散度和介孔炭的有序度影响很大. 通过控制金属离子的用量可制备出粒径为 3~5 nm 且高度分散在介孔炭骨架中的碳化物粒子. 与分步浸渍法相比, 一步法制备的碳化物具有更高的分散度和催化肼分解活性.     

嵌段共聚物模板法一步制备WC/C基底电极材料

以酚醛树脂作为碳源,采用嵌段共聚物模板法一步制备新型有序介孔碳化钨/碳（WC/C）纳米颗粒. WC/C颗粒的比表面积为414 m²·g^-1,表面的平均孔径约为38 nm,处于介孔范围内（2 ~ 50 nm）. 通过调节树脂预聚时间以及碳化温度等条件制备出结构形貌较优的WC/C复合材料,并探讨了材料形成机理. 使用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及氮气吸脱附等方法表征了复合材料的结构. 将贵金属铂负载于WC/C表面制备得新电催化材料Pt-WC/C,使用循环伏安法和计时电流法对Pt-WC/C复合材料的电化学性能进行检测,并与商用碳载铂（Pt/C）材料进行对比. 测试结果发现,Pt-WC/C对甲醇的电催化活性以及稳定性等方面都表现出优于商用Pt/C材料的活性,这主要归功于碳化钨高度分散于碳表面.