一种新型高活性加氢脱硫催化剂:二氧化硅担载的磷化镍

 以硝酸镍和磷酸氢二铵为原料,采用程序升温还原方法在823 K和氢气气氛中制备了纯相和 二氧化硅担载的磷化镍催化剂,并采用类似的方法制备了纯相和二氧化硅担载的磷化钼和 镍钼磷新型磷化物. 对这些磷化物及其相应硫化物的加氢脱硫活性进行了考察. 结果表明,Ni2P/SiO2催化剂具有相对较高的二苯并噻吩转化率和联苯选择性, Ni2P/SiO2对二苯并噻吩加氢脱硫的催化活性甚至高于硫化态的Ni-Mo催化剂.     

磷化钼催化剂催化乙腈选择加氢

制备了一系列不同投料比例(Mo/P摩尔比为0.6~2.6)的磷化钼催化剂,研究了催化剂对乙腈选择加氢反应的催化性能.结果表明,在初始Mo/P>1.0时,催化剂表现出很高的乙胺选择性,达到80%~90%;Mo/P<1.0时,对二乙胺和三乙胺有很好的选择性,二者之和达到90%左右;而在Mo/P=1.0时,催化剂具有最高的乙腈转化率.     

过渡金属磷化物纳米材料催化尿素电解制氢研究进展

电解水制氢技术操作简单、产物纯度高,是一种前景广阔的绿色制氢方式.然而,阳极析氧反应(OER)具有较高的热力学电势和缓慢的动力学,严重阻碍了电解水制氢技术的大规模工业应用.近年来,人们发现利用较低热力学电势的尿素氧化反应(UOR)取代阳极OER能够同时实现氢气的节能生产和尿素废水的净化.但这种技术的挑战在于尿素电解过程...     

过渡金属磷化物的制备及电催化析氢性能提升策略

氢能是一种绿色、 高效的二次能源, 在廉价的非贵金属催化剂的辅助下, 电解水制氢以其低成本和高效率受到广泛关注. 过渡金属磷化物因其独特近似球形三角棱柱单元结构能够暴露出更多配位不饱和表面原子, 因此在电解水制氢中表现出优异的催化活性和强耐腐蚀性. 本文综述了过渡金属磷化物的制备方法和在电催化析氢中的应用和性能的改善策略. 最后讨论了过渡金属磷化物催化剂存在的一些亟待解决的问题, 并展望了其未来的发展方向.     

基于铁、钴、镍金属磷化物纳米催化剂的碱性条件下电解水制氢的研究进展

过渡金属磷化物(TMPs)因其导电性好、稳定性高而被广泛认为是电解水析氢反应(HER)的优异电催化材料。 本文主要围绕基于过渡金属Ni、Co、Fe磷化物纳米材料的合成、表征、以及在碱性介质中的电催化HER性能等方面展开。 从中得出结论,在一定范围内,TMPs体系中富磷相越多,其在碱性电解液中的HER活性越高。 为以后的研究提供了方向。     

过渡金属磷化物的制备及其催化性能研究进展

近来,廉价而丰富的磷化物逐渐引起人们的关注,过渡金属磷化物(TMPs)由于其独特的类金属理化性质、高电导率和良好的催化性能而非常具有吸引力,广泛应用于冶金、加氢处理、电催化、能量储存、光催化等领域,成为催化材料领域的热点.本文主要综述了TMPs的结构特征、常用的制备方法以及在加氢精制、电催化和光催化方面应用的最新进展.     

过渡金属磷化物的催化加氢脱硫机理研究进展

本文综述了含硫化合物在体相、负载以及改性的过渡金属磷化物催化剂上的加氢脱硫机理研究,讨论了催化剂的结构-活性之间的关系,以及不同类型磷化物对含硫化合物在催化剂上的反应路径的影响。同时,一些研究中不同阶段速率常数的计算让我们对反应步骤有了更深入的认识,并对含硫化合物在磷化物催化剂上的反应动力学和反应网络有了进一步了解,为新型磷化物深度加氢脱硫催化剂的开发和应用提供理论基础,具有重要的学术价值和普遍指导意义。     

过渡金属磷化物析氢催化剂的掺杂调控

过渡金属磷化物因其优异的催化性能成为最有可能取代贵金属的廉价电催化分解水制氢催化材料, 对其进行元素掺杂将有望大幅提升其活性和稳定性. 本文综合评述了近年来通过掺杂改性手段调节过渡金属磷化物性能的相关研究. 讨论了元素种类(金属掺杂、 非金属掺杂、 共掺杂)、 元素数量(单元素掺杂、 多元素掺杂、 高熵化)和掺杂位置等因素对过渡金属磷化物电子结构的影响; 并从实验和理论相结合的角度, 分析了掺杂元素对氢吸附强度、 水吸附解离及电荷转移传输等方面的作用规律, 获得了掺杂结构-电子结构-析氢反应催化性能间的构效关系. 最后, 讨论并提出了相关研究存在的挑战和未来的研究方向.     

过渡金属磷化物的制备与光/电催化的应用研究进展

过渡金属磷化物(TMPs)价廉易得,因其独特的结构特征具有丰富的活性位点、良好的导电性和结构稳定性,逐渐在催化领域引起了人们的广泛关注,被应用于有机物硫化、脱氢、电催化、光催化等方面.本文主要综述了过渡金属磷化物的结构特征、常用的制备方法以及在电催化和光催化方向应用的最新进展.     

自支撑型过渡金属磷化物电催化析氢反应研究

氢能作为一种零碳排放的清洁能源,主要通过电解水的途径获得。电解水析氢过程所使用的贵金属Pt基催化剂非常稀缺和昂贵,因此开发具有高活性和稳定性的非贵金属催化剂仍然是一个巨大的挑战。自支撑型过渡金属磷化物析氢性能优异,加之有效结合了自支撑基底的诸多优势,有望成为可替代贵金属Pt基催化剂的优良析氢材料。本文详细介绍了自支撑型过渡金属磷化物的研究进展,着重论述了此类型电催化剂的析氢优势及作用机理：（1）自支撑基底3D集成框架导电性较强,可提供大量的电子转移通道,从而加速催化反应进程;（2）自支撑型过渡金属磷化物较大的比表面积将会暴露出更多的活性位点,进而促进催化反应的发生;（3）自支撑型过渡金属磷化物可以直接作为阴极进行析氢反应,避免传统涂覆法中催化剂容易从玻碳电极脱落的弊端。最后,总结了此类型电催化剂用于电解水反应所面临的问题和挑战,并进行了合理的展望。     

Atomic Layer Deposition of Cobalt Phosphide for Efficient Water Splitting

Transition‐metal phosphides (TMP) prepared by atomic layer deposition (ALD) are reported for the first time. Ultrathin Co‐P films were deposited by using PH₃ plasma as the phosphorus source and an extra H₂ plasma step to remove excess P in the growing films. The optimized ALD process proceeded by self‐limited layer‐by‐layer growth, and the deposited Co‐P films were highly pure and smooth. The Co‐P films deposited via ALD exhibited better electrochemical and photoelectrochemical hydrogen evolution reaction (HER) activities than similar Co‐P films prepared by the traditional post‐phosphorization method. Moreover, the deposition of ultrathin Co‐P films on periodic trenches was demonstrated, which highlights the broad and promising potential application of this ALD process for a conformal coating of TMP films on complex three‐dimensional (3D) architectures.     

A Theoretical Analysis on the Oxidation and Water Dissociation Resistance on Group-IV Phosphide Monolayers

Group-IV phosphide monolayers (MP, M=C, Si, Ge and Sn) provide a versatile platform for photocatalysts, as well as optoelectronic and nanoelectronic devices. Herein, comprehensive first-principles calculations and ab initio molecular dynamics (AIMD) simulations were performed to explore their stabilities in the air. We identified that the MP monolayers have excellent mechanical properties and their carrier mobilities are higher than that of phosphorene. The MP monolayers were predicted to possess superior oxidation resistance than the boron phosphide (BP) monolayer based on the proposed donation–backdonation theory. It was observed that the dissociation and chemisorption of a water molecule on the monolayers are kinetically difficult both in the water and in oxygen–water environments involving energy barriers of 1.28–3.48 eV. We also performed AIMD simulations at 300, 1000, 1200 and 1500 K. It is noteworthy that only the carbon phosphide (CP) monolayer can retain an intact structure at 1500 K, while the other three monolayers can just sustain to 1200 K. These results provide a guidance for their practical application and experimental fabrication.     

Highly Active Electrocatalysis of the Hydrogen Evolution Reaction by Cobalt Phosphide Nanoparticles

Nanoparticles of cobalt phosphide, CoP, have been prepared and evaluated as electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) under strongly acidic conditions (0.50 M H₂SO₄, pH 0.3). Uniform, multi‐faceted CoP nanoparticles were synthesized by reacting Co nanoparticles with trioctylphosphine. Electrodes comprised of CoP nanoparticles on a Ti support (2 mg cm^?2 mass loading) produced a cathodic current density of 20 mA cm^?2 at an overpotential of ?85 mV. The CoP/Ti electrodes were stable over 24 h of sustained hydrogen production in 0.50 M H₂SO₄. The activity was essentially unchanged after 400 cyclic voltammetric sweeps, suggesting long‐term viability under operating conditions. CoP is therefore amongst the most active, acid‐stable, earth‐abundant HER electrocatalysts reported to date.     

磷化镍/介孔TiO_2催化剂的制备及其催化加氢脱硫性能

以介孔TiO2(m-TiO2)为载体,采用程序升温还原法制备了Ni2P/m-TiO2催化剂,考察了不同起始Ni/P摩尔比及活性组分负载量对该催化剂结构及其催化加氢脱硫(HDS)性能的影响.结果表明,当Ni/P摩尔比为1.25时,活性组分以Ni2P为主,催化剂的最佳Ni负载量为10%.采用X射线衍射、低温N2吸附-脱附、场发射扫描电镜和程序升温还原等技术表征了m-TiO2及其它不同载体负载的Ni2P催化剂.结果表明,高结晶度m-TiO2载体使Ni和P物种的还原温度大幅度降低,在450～600oC还原制得的Ni2P/m-TiO2催化剂的结构参数基本一致,比表面积均为90m2/g左右,具有很高的热稳定性和对二苯并噻吩的HDS催化性能.在相同的反应条件下,m-TiO2负载的Ni2P催化剂HDS性能最好,各载体负载的Ni2P催化剂活性大小顺序为Ni2P/m-TiO2Ni2P/SiO2Ni2P/P25.     

钇和柠檬酸对非负载磷化镍催化剂加氢脱硫性能的影响

采用传统程序升温(TPR)法制备了稀土金属钇(Y)或柠檬酸(CA)改性及Y和CA同时改性的非负载型Ni2P催化剂;采用X射线衍射(XRD)分析、N2吸附比表面积(BET)测定、CO化学吸附分析、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的结构和性质进行了表征;并考察了Y和CA对催化剂上进行的二苯并噻吩(DBT)加氢脱硫(HDS)反应性能的影响.结果表明,Y和CA均可促使非晶相NixPyOz向磷化镍活性相的转化,抑制Ni_5P_4杂晶相的形成,从而促进Ni2P活性相的生成;同时能够丰富催化剂的孔道,抑制催化剂表面磷的富集,得到更好的孔结构、更高的活性相分散度.Y或CA以及两者同时改性后的催化剂DBT转化率均明显高于Ni-P催化剂.各催化剂的HDS活性大小顺序为Y-Ni-P-CANi-P-CAY-Ni-PNi-P.在340℃,3.0 MPa,氢油体积比700,质量空速(WHSV)1.5 h-1的条件下,Y-Ni-P-CA催化剂的DBT转化率为97%,比Ni-P催化剂提高了约35%.     

磷化镍/氮磷共掺杂碳负极材料的制备及其电化学性能研究

以离子液体为碳源和氮源、次亚磷酸钠为磷源、乙酸镍为镍源,一步法制备了磷化镍/氮磷共掺杂碳(Ni₂P/NPC)复合材料。SEM、TEM等检测结果表明Ni₂P纳米颗粒在N、P共掺杂碳骨架上均匀分布。将所制备Ni₂P/NPC作为锂离子电池负极材料时,Ni₂P/NPC电极在0.1、0.5、1、3和5 A·g^-1电流密度下的放电比容量分别为377.7、 294.1、 265.4、211.7和187.5 mAh·g^-1。当电流密度重新回到0.1 A·g^-1,放电比容量为368.1 mAh·g^-1。电极结构在大倍率下可以保持稳定,表现出优异的倍率性能。在0.5 A·g^-1的电流密度下经200次循环后放电比容量维持在301.8 mAh·g^-1,容量保持率为80.7%,CV曲线证实Ni₂P/NPC在储锂过程中是由扩散过程和电容行为共同控制。