泡沫镍载碳化钨催化剂上的析氢反应

结合直接化学还原法和交替微波法制备了泡沫Ni载Ni-WC催化剂,用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对催化剂进行了表征,研究了其析氢电催化性能.结果表明,在相同条件下,泡沫Ni载Ni-WC催化剂的析氢起始电位与泡沫Ni相比降低了60 mV左右.电解质浓度和温度对泡沫Ni载Ni-WC催化剂的析氢电催化活性有很大影响.     

镍基复合镀层对析氢反应的电催花活性

自从六十年代以来,电极作为一种电催化剂,其重要性逐渐受到人们的重视.认识到研究和改善电极的电催化性能,对于能源的开发利用,及其它生产实际应用有很大的经济意义.因此,为了寻找价格低廉的非贵金属催化剂,以及提高现有电极的电催化性能,人们已做了大量的工作.催化电极的材料由单一的金属、合金,逐步发展到使用一些碳化物、氧化物、复合氧化物等,并且已注重使用复合材料.提出了一些制备复合电极的新方法.如离子注入法、浸渍法、烧结法、化学吸附法等.用这些方法制备出的复合电极均不同程度地提高了电极的催化活性。     

镍钒合金电沉积及其析氢电催化性能的研究

镍钒合金电沉积及其析氢电催化性能的研究林文修王树喜（福建师范大学化学系福州３５０００７）关键词镍钒合金电镀电催化析氢反应对电化学的能量转换、电合成、金属沉积和防腐等具有重要意义，选择和探索优良的过渡金属电催化剂是研究析氢电催化阴极的主要方向。１９７８...     

经热扩散处理的注镍钛电极的析氢反应研究

将高能离子注入电极表面可引入催化活性元素,进而能形成大量的活性中心,提高催化活性,作者将镍离子注入钛电极,结果使析氢过电位降低245 mV,比未注镍的钛电极的活性高得多。实验表明,电极的催化活性随表面镍浓度的增加而提高,由于注入离子浓度的     

尖晶石型过渡金属硫化物CuCo2S4与MoS2复合材料的制备及电催化析氢性能

通过简单的三步水热法实现尖晶石型过渡金属硫化物CuCo₂S₄与MoS₂的复合, 以三维多孔泡沫镍(NF)为基底, 制得自支撑催化电极MoS₂@CuCo₂S₄-Ni₃S₂/NF. 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明, MoS₂纳米片层密集均匀地生长在CuCo₂S₄-Ni₃S₂纳米棒表面, 并形成多级核壳结构. 其碱性条件下(1 mol/L KOH)的电催化析氢性能研究结果表明, MoS₂与CuCo₂S₄的复合和特殊形貌的构筑有效提高了电化学活性面积和电子传导效率, 达到10, 100和300 mA/cm²电流密度分别仅需116, 231和282 mV的过电位, 经2000次循环伏安扫描后, 100 mA/cm²电流密度所对应的过电位仅增大6%, 展现出优异的电催化析氢催化活性及较好的稳定性.     

电解海水析氢反应过渡金属基催化剂的研究进展

海水作为地球上最丰富的自然资源之一,在实现大规模的电解水制氢方面具有得天独厚的优势。然而,海水中的Cl^-、Ca²⁺和Mg²⁺等使催化剂在阴极发生腐蚀、毒化或降解,导致其稳定性、活性以及使用寿命显著降低。近年来,为了解决上述问题,人们致力于设计开发廉价的高效稳定析氢反应（HER）催化剂,进而提高电解海水制氢效率。本文首先介绍了电解海水的优势及其HER所面临的挑战,其次从活性和稳定性等方面重点论述了硒化物、硫化物、氮化物以及磷化物等过渡金属基催化剂在电解海水HER中的研究进展,最后总结和展望了电解海水HER催化剂未来的发展前景。     

钼基析氢反应电催化剂的研究进展

电催化析氢反应作为一种绿色、可持续的制备氢气方法,受到了广泛关注. 近年来,非贵金属析氢催化剂以其低成本和相对高的催化活性取得了较快的研究进展,其中,钼基纳米催化剂目前已成为电催化析氢中最受关注的研究热点之一. 本文综述了钼基碳化物、磷化物、氮化物以及硫化物在电催化析氢反应中的催化机理和研究进展,分析了提高析氢催化活性的方法,并对钼基非贵金属催化剂的发展趋势进行了展望.     

脲醛树脂衍生的含氮碳层包覆的磷掺杂碳化钨(P-W2C@NC)全pH析氢催化剂

碳化钨由于其具有独特的类Pt电子结构和催化性能,使得其在电催化析氢领域吸引广泛关注。杂原子掺杂以及构筑高比表面积的碳化钨纳米材料是进一步提升其性能的重要策略。本研究以表面含有丰富极性官能团的脲醛树脂作为基底,在其支链骨架上均匀固载多酸阴离子簇,通过可控碳化获得了具有高比表面积的杂原子掺杂的碳化钨(P-W2C@NC)全pH析氢催化剂。该材料的BET比表面积高达136 m2 g-1。XRD、XPS、SEM和TEM表征证明催化剂是由含有磷掺杂的碳化钨纳米颗粒和包覆在碳化钨颗粒表面的薄层氮掺杂碳层共同构成。P-W2C@NC在全pH值电解液都具有高效的析氢性能,在0.5 M硫酸、1 M氢氧化钾和0.1 M磷酸缓冲液中,分别仅仅需要过电位83 mV、63 mV和179 mV就可以达到电流密度10 mA cm-2,并且具有超过20 h的长期催化稳定性。     

过渡金属(Mo,Fe,Co和Ni)基催化剂在电催化还原二氧化碳还原中应用

近年来,全球二氧化碳排放量逐年增加, 对人们赖以生存的生态环境已造成严重威胁, 因此将二氧化碳转化成高附加值的化学品和燃料受到前所未有的广泛关注. 与目前已开发的转化技术(如热催化和光催化等)相比, 电催化二氧化碳转化技术具有稳定的效率?可控的选择性?简单的反应单元和巨大的工业应用潜力, 是一种更为理想的转化技术之一. 从反应动力学来看, 目前的催化剂仍难以克服反应过程中高的能量屏障以及迟缓的反应速度. 另一方面, 电催化二氧化碳转化包含多个质子和电子的耦合过程, 反应过程包含多种路径, 反应产物往往是混合物. 在此背景下, 如何发展高催化效率和高选择性电催化剂成为目前研究的焦点. 在众多的电催化剂中, 贵金属及其合金展现出较高的电催化二氧化碳还原活性, 但储量小的缺点限制了其大规模的工业应用. 铜基材料可以把二氧化碳转化为附加值更高的产品. 然而, 铜基材料仍难以克服选择性差?失活严重和效率低等缺点. 作为一种更廉价的材料, 碳基催化剂具有价廉?比表面积大?导电性好?化学性质稳定以及优异的机械性能等优点在电催化二氧化碳还原中得到了广泛的研究. 然而, 单纯的碳催化剂对于二氧化碳分子活化以及吸附反应中间体能力较低, 导致了碳基材料催化电催化二氧化碳还原活性以及选择性较低. 因此, 开发出可实际应用的高效率和高选择性非贵金属电极材料是当前该技术研究中亟待解决的关键科学问题.过渡金属基化合物在能源转化中展现出巨大的应用潜力. 过渡金属价电子在d轨道, 而d轨道邻近费米能级, d轨道电子填充的变化使得d轨道中心与费米能级相对位置发生变化, 进而展现出多种催化活性. 电催化二氧化碳还原是一个多电子和质子耦合过程, 催化剂的本征活性由其表面电子结构决定. 在此背景下, 过渡金属基化合物价层电子轨道的多变性使其成为提高电催化二氧化碳还原效率和选择性的理想催化剂. 对于电催化二氧化碳还原, 不同中间体的标度关系是制约反应总效率的关键因素. N?rskov等研究发现, MoS2, MoSe2和Ni掺杂 MoS2催化剂上存在不同种类的活性位点. 不同的活性位点可以分别吸附反应中间体并使中间体的吸附过程相对独立, 从而有效打断中间体的标度关系. 2014,Salehi-Khojin等成功把MoS2应用在高效电催化二氧化碳还原中. 边缘Mo原子d带电子靠近费米能级的特性使其具有更高的电催化活性. 其它研究工作者通过引入掺杂物质, 进一步提高了MoS2的电催化二氧化碳还原性能. Fe位点在理论上虽然具有很高的电催化二氧化碳转化活性, 然而目前铁基催化剂的研究相对较少. Co基材料也可用于电催化二氧化碳转化.2016年, Xie等首次制备无机Co基材料用于电催化二氧化碳还原. 部分氧化的钴可以促进速控步骤反应进程, 进而降低整体反应的过电势. 基于此, 制备了超薄的Co3O4片层, 发现价电子轨道中心更靠近费米能级时, 电极材料展现出更高的催化活性. 进一步研究发现氧空穴的存在也可以减小速控步骤的能量屏障. 此外, Ni基材料也被证明具有高的催化二氧化碳转化活性. 目前这些研究工作对如何构建高性能电极材料在理论上给出了指导方向, 并且联系实验证明了方法的可行性. 受到这些工作的启发, 未来可将有巨大潜力的过渡金属基化合物化合物, 例如过渡金属氮化物?过渡金属磷化物?过渡金属碳化物和过渡金属硼化物等, 作为电催化剂研究其二氧化碳还原催化性能. 另外, 就目前的研究来看, 将二氧化碳有效地还原到特定的产物仍存在巨大的挑战. 如何优化过渡金属(Mo, Fe, Co和Ni)基催化剂价层d轨道结构, 促进反应中间体吸附过程, 将是解决催化活性和选择性这一科学问题的关键.     

多价MnOx/C电催化剂用于高效氮还原反应

氨在人类的生产生活中起着重要的作用,但目前工业上合成氨广泛采用的Haber-Bosch法耗能大,且污染严重。 而N₂电还原反应(ENRR)被认为是一种有效的替代方法,由于N₂的键能较高,目前仍然缺乏高活性的催化剂。 在这里,通过简单的浸渍法和氧化还原法制备了多价态的MnO_x/C催化剂,该催化剂具有较高的氮还原反应活性(氨产率达到7.8 μg_NH3/(h·mg_cat),法拉第效率高达9.2%) 。进一步研究表明,多价态MnO_x/C催化剂具有高氮还原反应活性的主要原因是不同价态的Mn离子(Mn²⁺、Mn³⁺、Mn⁴⁺)之间存在协同效应。     

电催化析氧反应过渡金属磷化物和硫化物催化剂研究进展（英文）

对化石能源的依赖所造成的环境污染和能源危机在全球引起了广泛的关注.氢能由于其高能量密度、低分子质量以及清洁无污染的优点,被认为是人类根本性解决能源与环境等全球性问题的理想替代能源.电解水是生产高纯度氢的重要方法,是现代清洁能源技术的重要组成部分.水电解由阴极析氢(HER)和阳极析氧(OER)两个半反应构成.对于HER反应,其反应是基于二电子转移过程,反应过程相对容易进行.相比于HER反应,OER反应涉及四电子转移及氧-氧键形成,其反应动力学缓慢,是影响水电解效率的主要原因.因此,为了提高电解水制氢的能量转化效率,发展OER电催化剂成为水电解制氢技术的关键.在过去的十余年间,硫化物、硒化物、磷化物、硼化物等非贵金属基OER电催化剂被大量地研究及报道并取得了长足发展.在这些催化剂中,金属磷化物和硫化物不仅具有成本优势,而且在析氧过电位、耐久性方面正趋接近甚至超越RuO_2和IrO_2等贵金属催化剂,颇具应用潜力.本文总结磷化物和硫化物作为OER电催化剂的研究进展,重点介绍了磷化物和硫化物性能提升策略及其在OER过程中催化反应活性位的变化.本文首先介绍了电解水析氧反应在不同电解质中的反应机理,讨论了析氧反应在动力学和热力学过程的主要障碍.通过对大量文献的归纳,本文分别综述了磷化物和硫化物的化学性质、合成方法和催化性能,介绍了近年来磷化物和硫化物的重要研究进展.通过分析催化剂导电性、质子传输、活性面积、界面化学等因素对催化析氧反应的影响,总结了磷化物和硫化物电催化OER性能提升的策略.由于磷化物和硫化物在OER强氧化条件下,电催化剂表面的成分、物相及结构均会发生显著变化,进而催化反应活性位也会发生相应改变.本文综述了磷化物和硫化物在OER反应过程前后表面组分的变化,探讨了磷化物和硫化物作为OER电催化剂的活性组分,为进一步提高磷化物和硫化物的电催化析氧反应性能提供了崭新的思路.     

Plasma-modified iron-doped Ni3S2 nanosheet arrays as efficient electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

The development of efficient transition-metal catalysts for the hydrogen evolution reaction is significant to meeting global energy demands. In this study, to realize a high-performance electrocatalyst, we synthesize an Fe-doped Ni₃S₂ nanosheet material in situ on 3D structured nickel foam via the hydrothermal sulfide method, and then modify it by the dielectric barrier discharge plasma technique. Combining Fe atom doping and plasma modification increases the electrochemical surface area, provides an abundance of active sites, optimizes the electronic structure, and accelerates the reaction kinetics, thereby improving catalytic activity. As a result, the PA@Fe_1/4-Ni₃S₂/NF catalyst exhibits excellent hydrogen evolution reaction activity, only requires ultra-low overpotentials to achieve a current density of 10 mA cm^?2, and exhibits excellent durability. This study proposes a novel method for rationally designing non-noble metal electrocatalysts.     

弱磁性Co0.85Se纳米片负载碳纳米管作为电催化析氢催化剂

氢气是一种环境友好可再生的清洁能源,电解水无疑是一种很好的制氢方法.然而,电催化分解水析氢受到其缓慢的动力学过程、较低的催化性能和较差的稳定性的限制.为了使整个过程更节能,具有高电流密度和低的过电势的高效电催化剂被广泛研究.非化学计量相硒化钴(Co0.85Se)作为一种重要的金属硫属化合物具有优异的催化性能而广受关注.但是低维的Co0.85Se活性位点少,分散性差,电子传递能力低,导致其电催化剂活性差.多壁碳纳米管(MWCNTs)具有多种电性能,包括金属导电性和电子存储能力等.因此,MWCNTs的特殊结构和高导电性可以有效地促进电子从电催化剂向碳纳米管的转移,实现高效电分解水制氢性能.本文在不使用表面活性剂和模板的情况下,通过一步水热溶剂热法合成弱磁性Co0.85Se纳米片负载碳纳米管电催化剂.采用磁滞回线研究Co0.85Se和MWCNTs/Co0.85Se的磁性能,结果表明其有弱顺磁性,Co0.85Se纳米片之间的空间距离增强导致粒子间偶极相互作用减弱,从而使MWCNTs/Co0.85Se纳米复合材料的矫顽力值增加到158 Oe.随着微晶尺寸的减小和纳米颗粒间距的增大,MWCNTs/Co0.85Se催化剂的比表面积增大,有利于提高其电催化活性.扫描电镜和透射电镜展示出Co0.85Se纳米片分散性较差,且团聚现象严重,而MWCNTs/Co0.85Se纳米复合催化剂显示Co0.85Se纳米片均匀分散在MWCNTs表面,且纳米片尺寸明显减小,有利于Co0.85Se纳米片暴露更多的活性位点.线性扫描伏安曲线测量表明,在酸性溶液中Co0.85Se纳米片在电流密度为10 mA cm?2时,其过电势为319 mV(vs.RHE),30 wt%MWCNTs/Co0.85Se的过电势为266 mV(vs.RHE).Co0.85Se和MWCNTs/Co0.85Se的Tafel斜率分别为92.6和60.5 mV dec?1.此外,MWCNTs/Co0.85Se的电流交换密度(j0)为0.07 mA cm?2.较小的Tafel斜率和高的电流交换密度表明,MWCNTs/Co0.85Se具有良好的反应动力学和快速的质子分离速率.交流阻抗谱表明MWCNTs/Co0.85Se比Co0.85Se电阻更小,电子传输速率更快.电化学活性表面积与双电层在固液界面处的电容测量值成正比.结果显示,30 wt%MWCNTs/Co0.85Se的双电层电容为0.22 mF cm^-2,高于Co0.85Se和15 wt%的rGO/Co0.85Se(0.04 mF cm^-2,0.17 mF cm^-2),这表明较大的电化学活性表面积有利于析氢反应进行.30 wt%MWCNTs/Co0.85Se的循环稳定测试表明其具有较好的稳定性.综上,本文介绍了通过一步水热法合成具有弱磁性的Co0.85Se和MWCNTs/Co0.85Se电催化剂,碳纳米管作为一种高导电性材料被引入Co0.85Se纳米片中以减少Co0.85Se的团聚,使Co0.85Se的活性位点增加,进而提高电催化制氢性能.     

层状过渡金属氢氧化物应用于碱性氢气析出反应（英文）

氢气因为其高质量比活性,环境友好等特点,被公认为是一种很有希望替代化石能源的可再生能源.其中,碱性条件电解水被认为是可大规模生产氢气的技术之一.但氢气析出反应在碱性条件反应速率缓慢,为提升氢气析出反应速率,因此研究者们设计和制备了大量的材料.本文归纳了有效促进碱性条件氢气析出反应速率的关键材料——层状过渡金属氢氧化物的重要研究进展.首先,基于过渡金属氢氧化物的结构,阐述了过渡金属氢氧化物与氢气析出反应活性材料间的协同催化机理.接着,以提升协同催化作用为中心,归纳了基于过渡金属氢氧化物的氢气析出反应催化剂和电极的最近研究进展,分别包含过渡金属氢氧化物和氢气析出反应活性材料的种类、结构、形貌及其相互作用.此外,本文从高活性和长寿命的催化剂和电极设计出发,归纳了最近基于过渡金属氢氧化物的催化剂和电极在水分解领域的进展.最后,本文总结和展望了电解水制氢技术的未来应用和发展中不可避免的一些问题与挑战.目前,应用于氢析出反应的过渡金属氢氧化物主要集中于镍基、钴基和铁基氢氧化物和其双金属氢氧化物,为层状水滑石结构.因为上述过渡金属氢氧化物弱的氢吸附,所以其析氢活性非常低.但是过渡金属氢氧化物对氢氧根...     

Transition metal carbides in electrocatalytic oxygen evolution reaction

Oxygen evolution reaction(OER) is admitted to an important half reaction in water splitting for sustainable hydrogen production.The sluggish four-electron process is known to be the bottleneck for enhancing the efficiency of OER.In this regard,tremendous efforts have been devoted to developing effective catalysts for OER.In addition to Ir-or Ru-based oxides taken as the benchmark,transition metal carbides have attracted ever-increasing interest due to the high activity and stability as low-cost OER electrocatalysts.In this review,the transition metal carbides for water oxidation electrocatalysis concerning design strategies and synthesis are briefly summarized.Some typical applications for various carbides are also highlighted.Besides,the development trends and outlook are also discussed.     

多孔Fe3O4修饰的Ni(OH)2纳米片的制备及其析氧性能研究

近年来,基于析氧反应(OER)的电化学能量转换体系(如电化学制氢、金属空气电池、氮气电还原和二氧化碳电还原)日益受到人们的关注.各种过渡金属基(Mn,Ni,Co,Fe,Cu等)纳米材料(硫化物、氢氧化物、氧化物、磷化物和氮化物等)被认为是潜在的、可以代替贵金属的碱性OER催化剂.其中,高活性和低成本的Ni(OH)2基电催化剂被广泛关注.由于面积效应、结构效应、电子效应和协同效应等因素,Ni(OH)2基纳米材料的电化学活性与其形貌和化学成分密切相关.引入纳米尺寸的孔,不仅加快了传质,而且增加了边缘活性原子的数量,因而有利于活性的增强.超薄二维(2D)纳米片因具有独特的结构特征,可以为电催化反应提供充足的反应位点和低配位数的表面活性原子.杂原子的引入可以调节纳米材料的电子结构和几何结构以提高它们的电催化活性.本文提出了一种简单的混合氰胶水解策略,成功合成了Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片(Ni(OH)2-Fe H-STs).氰胶前驱体骨架结构有助于形成超薄多孔的2D结构,而且,通过调节前驱体的浓度就可以获得一定镍铁原子比的产物.不同Fe含量的Ni(OH)2纳米片的OER活性测试结果表明,Ni/Fe比为3:1的Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1在碱性环境中具有最佳的OER活性.由于Ni(OH)2-Fe H-STs-Ni3Fe1的超薄2D结构使大多数金属原子暴露在表面,使原子利用率最大化.同时,超薄表面上高活性的低配位数的中心原子,可以作为催化OER的高活性中心.薄片上的孔隙有效地增加了高活性边缘原子的数量并且能够加速反应物和生成物的传质.XPS测试结果表明,Fe的引入显著改变了Ni的电子结构,提高了Ni(OH)2 H-STs的导电性,从而促进了电化学过程中NiIV活性物种的产生,进而改变其OER本征活性.三维镍泡沫(NF)可以防止负载纳米材料的聚集,提高转移反应物/产物的传质速率.因此,本文将Fe掺杂的Ni(OH)2纳米片直接生长在NF基底(简写为Ni(OH)2-Fe H-STs/NF).结果表明,NF基底的引入进一步提升导电性和增加传质.综上所述,由于具有高比表面积、丰富的活性原子、Fe/Ni原子之间的协同效应以及NF基底的高导电性和三维多孔特性,通过氰胶水解法获得的Ni(OH)2-Fe H-STs/NF在KOH溶液中表现出优异的OER活性,在10 mA cm^–2电流密度下过电位仅为200 mV,Tafel斜率为56 mV dec^?1,并且材料具有良好的稳定性.     

有机膦酸盐衍生的氮掺杂的磷酸钴/碳纳米管杂化材料作为高效氧还原电催化剂（英文）

随着环境污染和能源危机的日益严重,探索高效的非贵金属氧还原电催化剂来替代商业Pt/C迫在眉睫.其中,报道比较多的是具有钴基活性物种和氮掺杂碳的复合材料例如Co-Nx-C, Co3O4/GO, Co-N/CNT等,该复合材料具有高导电性、良好的稳定性和优异的催化活性.与其他钴基催化剂相比,磷酸钴由于其成本低廉,对环境友好,多功能的优良特性,已被广泛应用于催化、吸附、分离及储能等领域,在电催化方面也有极大的应用潜力.研究表明,磷酸基团不仅可以充当质子受体,也会诱导局部钴原子的几何结构发生扭曲,从而有利于水分子的吸附并促进析氧反应的发生.此外,磷酸钴也被证实具有一定的氧还原活性.尽管磷酸钴电催化剂的研究已经取得了一定进展,磷酸根有利于质子传输,但是其导电性很差,不利于电荷的转移和传输,使得其电催化活性不高.将磷酸钴和导电碳材料复合是解决问题的有效方法.而且,磷酸钴在碱性溶液中并不稳定,极大限制了其在电催化氧还原中的应用.金属有机膦酸盐是一类包含金属离子和有机膦酸配体的杂化材料,通过简单的焙烧便可以很容易地得到金属无机磷酸盐,并且在焙烧过程中氮掺杂的碳也会原位产生,并包覆在磷酸钴的表面,使得其导电性和催化活性大大提高.为此,本研究组制备了有机膦酸钴衍生的磷酸钴和氮磷掺杂的石墨烯的复合材料并用于电催化氧还原和析氧反应,所得到的材料导电性和稳定性良好,然而,该催化剂的表观活性与商业Pt/C相比仍有较大差距,且使用有机膦酸钴作为前驱体对活性的影响也不甚清楚.因此,本文采用含氮的有机膦酸配体乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)为磷源制备了氮掺杂的磷酸钴/碳纳米管杂化材料(CoPiC-N/CNT-3),其催化活性和稳定性良好,并进一步探讨了各种不同因素对电催化活性的影响.XRD和TEM结果表明,用这种方法得到的磷酸钴(CoPiC)为Co2P2O7物相,与磷酸二氢钠为磷源制备得到的CoPi相比,CoPiC的表面有石墨化碳层的存在, EDS图谱表明, Co, P, C, N均匀地掺杂到复合材料的骨架结构中.Raman光谱结果表明,石墨化碳层的存在和适量的碳纳米管的引入均可以增强复合材料的石墨化程度并提高了导电性,而氮掺杂导致其缺陷位点增多.XPS结果进一步表明,有机膦酸钴可以作为前驱体可制得氮掺杂的磷酸钴/碳纳米管杂化材料.电催化反应测试表明, CoPi C-N/CNT-3的氧还原活性与商业Pt/C相当,其遵循的是4电子的反应路径,而且抗甲醇氧化能力和稳定性均优于Pt/C.原因主要归结于以下几点:(1)磷酸钴颗粒与氧化碳纳米管的协同作用可以显著增强氧还原催化活性,引入的碳纳米管可以克服磷酸钴导电性差的缺陷;(2)磷酸钴在复合材料中分散均匀,使得可以充分利用催化剂的活性位点;(3)氮掺杂可以调变材料的电子结构,从而改善催化活性;(4)石墨化碳层的存在可以改善材料的电子导电性和稳定性,有利于电子转移并可以保护磷酸钴颗粒在催化氧还原反应过程中不被电解液腐蚀.可见,所制有机膦酸衍生的氮掺杂的磷酸钴/碳纳米管杂化材料有望替代Pt/C催化剂,并推动清洁可再生能源领域的相关研究.     

Hydrogen evolution reaction on Pt and Ru in alkali with volmer-step promotors and electronic structure modulators

Alkaline water electrolysis despite having a variety of choices for anodic oxygen evolution reaction (OER) catalysts out of non-precious metals suffers significantly due to the poor kinetics of cathodic hydrogen evolution reaction (HER) even with the state-of-the-art Pt and equally active Ru. The Volmer-step (water dissociation (WD) coupled proton adsorption) of alkaline HER is mostly the rate-determining step (RDS) and costs most of the work required. In this review, recent developments in improving the HER kinetics of Pt and Ru with Volmer-step promotors and electronic structure modulators have been comprehensively analyzed and critically presented with the challenges and prospects.     

Influence of alloying platinum for the hydrogenation of chloronitrobenzene over PtM/ZrO2 catalysts with M=Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu

Hydrogenation of chloronitrobenzene (CNB) over PtM/ZrO₂ (M= Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu) catalysts has been studied in ethanol at 303 K and normal pressure. The results show that the hydrogenetion of CNB can be carried out over PtM/ZrO₂ catalysts. The order of the hydrogenation rates of CNB is p>m>o, and the yield of chloroaniline (CAN) is p>o>m. PtFe/ZrO₂ catalysts shows the highest catalytic activity on the hydrogenation of CNB. PtNi/ZrO₂ catalyst shows good yield of CNB to CAN, and 93.3 mol% for o-CAN, 98.0 mol% for m-CAN and 98.5 mol% for p-CAN, respectively. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

Electrocatalytic Hydrogen Evolution by Water-Soluble Cobalt (II), Copper (II) and Iron (III) meso-Tetrakis(carboxyl)porphyrin

Three water-soluble carboxyl metalloporphyrins, cobalt (II), copper (II) and iron (III) meso-tetrakis (carboxyl) porphyrin were prepared and applied as homogeneous electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) with acetic acid, trifluoroacetic acid, p-toluene sulfonic acid and water as proton sources. Cyclic voltammetry (CV) results revealed the HER underwent different routes for these metalloporphyrins. Electrocatalysis tests in buffer solution of pH=7.0 showed the TOFs of cobalt (II), copper (II) and iron (III) meso-tetrakis (carboxyl) porphyrin were 184.78, 160.28 and 184.87 mol⁻¹ ⋅ h⁻¹ and the faradaic efficiency were 94.37 %, 93.01 % and 96.98 % at an overpotential of 788 mV, respectively. These results indicate the synthesized metal carboxyl porphyrins have good electrocatalytic activity for HER.