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相似文献
 共查询到20条相似文献,搜索用时 59 毫秒
1.
利用可再生能源衍生电力电催化氮气(N2)还原制氨(NH3)为实现绿色可持续发展提供了新思路,但该过程需要高效率、高选择性和高稳定性的廉价电催化剂。过渡金属氮化物(TMNs)由于其独特的电子结构和催化机理近年来被广泛研究应用于电催化氮气还原反应(NRR),但是目前关于氮化铜材料的电催化NRR研究报道较少。本研究采用简单一步氮化法将泡沫铜(CF)高温氮化制备了三维自支撑型氮化铜电极(Cu3N/CF),通过各种表征手段对该电极进行了系统的结构分析和形貌表征,并研究了其在中性条件下的电催化NRR性能和稳定性。结果表明,在0.1 mol/L Na2SO4溶液中,Cu3N/CF电极在-0.2 V的电位下具有最佳的电催化NRR性能,其NH3速率为1.12×10-10 mol/(s·cm2),法拉第效率为1.5%,并且表现出优异的电催化循环稳定性和结构稳定性。  相似文献   

2.
采用软模板法制备了氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料(WN-W/NOMC),作为一种高比表面积且价格低廉的阴极氧还原反应催化剂。通过适量添加尿素来改变复合材料中的氮含量,在掺氮量为7%(w/w)时,实验发现材料能够保持完整有序介孔结构,测试其比表面积高达835 m2·g-1,透射电子显微镜(TEM)测试结果显示其催化颗粒均匀地分散在氮掺杂有序介孔碳载体上。在O2饱和的0.1 mol·L-1 KOH溶液中测试了材料的氧还原催化性能(ORR),显示其起始电位为0.87 V(vs RHE),极限电流密度为4.49 mA·cm-2,氧还原反应的转移电子数为3.4,接近于20%(w/w)商业Pt/C的3.8,说明该材料表现出近似4电子的氧还原反应途径。研究结果表明,WN-W/NOMC的催化性能虽然稍弱于商业铂碳(0.99 V,5.1 mA·cm-2),但其具有远超铂碳的循环稳定性和耐甲醇毒化能力。  相似文献   

3.
采用软模板法制备了氮化钨-钨/掺氮有序介孔碳复合材料(WN-W/NOMC),作为一种高比表面积且价格低廉的阴极氧还原反应催化剂。通过适量添加尿素来改变复合材料中的氮含量,在掺氮量为7%(w/w)时,实验发现材料能够保持完整有序介孔结构,测试其比表面积高达835 m~2·g~(-1),透射电子显微镜(TEM)测试结果显示其催化颗粒均匀地分散在氮掺杂有序介孔碳载体上。在O_2饱和的0.1 mol·L~(-1 )KOH溶液中测试了材料的氧还原催化性能(ORR),显示其起始电位为0.87 V(vs RHE),极限电流密度为4.49 mA·cm~(-2),氧还原反应的转移电子数为3.4,接近于20%(w/w)商业Pt/C的3.8,说明该材料表现出近似4电子的氧还原反应途径。研究结果表明,WN-W/NOMC的催化性能虽然稍弱于商业铂碳(0.99 V,5.1 mA·cm~(-2)),但其具有远超铂碳的循环稳定性和耐甲醇毒化能力。  相似文献   

4.
以六氯化钨、硫代乙酰胺、氧化石墨烯为原料,采用一步水热法合成了二维的二硫化钨/石墨烯(WS2/RGO)复合材料。水热合成的WS2/RGO具有薄层的二维结构,且由于石墨烯的存在,WS2以较少的层数形成薄片状生长在石墨烯的表面。尝试将这种非Pt类材料用于电催化氧化原反应,测试结果表明,WS2在碱性条件下氧还原活性非常低,但是复合RGO形成WS2/RGO复合材料后,电催化氧化原性能有了极大的提高,其起始电位为-0.17 V(vs SCE),转移电子数为3.7,极限电流密度为2.5 mA·cm-2,同时其具有较好的抗甲醇性能和循环稳定性。这是因为WS2/RGO复合材料的二维结构具有更高的电子传输速率,同时硫化钨和石墨烯可以发挥协同催化作用。这种新型的二硫化钨/石墨烯(WS2/RGO)复合材料作为非贵金属催化剂表现出良好的氧还原性能,在燃料电池上具有较好的应用前景。  相似文献   

5.
以六氯化钨、硫代乙酰胺、氧化石墨烯为原料,采用一步水热法合成了二维的二硫化钨/石墨烯(WS_2/RGO)复合材料。水热合成的WS_2/RGO具有薄层的二维结构,且由于石墨烯的存在,WS_2以较少的层数形成薄片状生长在石墨烯的表面。尝试将这种非Pt类材料用于电催化氧化原反应,测试结果表明,WS_2在碱性条件下氧还原活性非常低,但是复合RGO形成WS_2/RGO复合材料后,电催化氧化原性能有了极大的提高,其起始电位为-0.17 V(vs SCE),转移电子数为3.7,极限电流密度为2.5 m A·cm-2,同时其具有较好的抗甲醇性能和循环稳定性。这是因为WS_2/RGO复合材料的二维结构具有更高的电子传输速率,同时硫化钨和石墨烯可以发挥协同催化作用。这种新型的二硫化钨/石墨烯(WS_2/RGO)复合材料作为非贵金属催化剂表现出良好的氧还原性能,在燃料电池上具有较好的应用前景。  相似文献   

6.
通过热解自聚合多巴胺法制备了氮掺杂空心碳微球(N-HCMS), 并采用微波辅助乙二醇还原方法把Pt纳米粒子负载于N-HCMS上制得了Pt/N-HCMS催化剂. 催化剂的表面形貌、晶体结构及其比表面积和孔径分布等分别采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪及比表面分析仪等进行表征. 采用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了Pt/N-HCMS 催化剂在酸性条件下的电催化氧还原性能. Pt/N-HCMS 催化剂由于Pt纳米粒子的均匀分散、N-HCMS载体的快速电子传递及其独特的微孔和中空结构而具有很高的电催化氧还原活性, 其质量比活性是E-TEK Pt/C 催化剂的近两倍. Pt/N-HCMS 催化剂还具有优良的稳定性. 本工作对于开发高性能的燃料电池阴极催化剂具有重要意义.  相似文献   

7.
利用水解乙烯基咪唑鎓硝酸盐([Hvim]NO3)作为发泡剂和一次氮源,在碳化过程中实现材料自发泡。创造性地引入二次氮源三聚氰胺(C3H6N6),通过调控一次、二次氮源比例和碳化温度,制备得到氮掺杂泡沫碳材料(HxMy-T,其中xy为一次和二次氮源的质量比,T对应不同的碳化温度)。该方法提升了催化剂的氮掺杂含量,构建了更多有利于氧还原反应(ORR)的活性氮位点。电镜结果显示,催化剂H1M1-1000呈现出典型的泡沫碳孔洞结构和丰富的层状褶皱结构;X射线光电子能谱测试结果表明,该样品具有较高的活性氮含量(原子分数6.77%),吡啶氮和石墨氮的原子分数分别高达22.23%和55.59%;电化学测试结果表明,该样品在碱性环境中的半波电位为0.834 V(vs RHE),与商业Pt/C相当,且具有优于商业Pt/C的抗甲醇性能和稳定性。  相似文献   

8.
制备了有序介孔氮掺杂碳负载三氧化铁,有效降低了氧还原的过电势。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附测试、粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、拉曼光谱等技术表征了所制备的催化剂的物理化学性质。此外,用旋转圆盘电极测试了其在碱性条件下对氧还原反应的催化活性和选择性。实验结果表明:氮气热解后铁以三氧化二铁的形式负载于有序介孔氮掺杂碳中,其比表面积达到755 cm^2·g^-1。拉曼和X射线光电子能谱结果表明,加入铁前驱体后所制备的催化剂石墨化程度有所提升、阻抗降低、导电性增加。在碱性条件下,Fe2O3@NC催化剂呈现出4电子氧还原反应,其起始电位(-0.01 V vs Ag/AgCl)和半波电位(-0.13 V vs Ag/AgCl)与商用20%Pt/C相当。此外,该催化剂具有较好的抗甲醇性能且其恒电压稳定性优于商用Pt/C。Fe2O3@NC催化剂用于锌-空电池放电测试,其放电功率可以达到88 mW·cm^-2,是商用Pt/C的1.29倍。  相似文献   

9.
利用水解乙烯基咪唑翁硝酸盐([Hvim]NO3)作为发泡剂和一次氮源,在碳化过程中实现材料自发泡.创造性地引入二次氮源三聚氰胺(C3H6N6),通过调控一次、二次氮源比例和碳化温度,制备得到氮掺杂泡沫碳材料(HxMy-T,其中x∶y为一次和二次氮源的质量比,T对应不同的碳化温度).该方法提升了催化剂的氮掺杂含量,构建了...  相似文献   

10.
以氧化石墨烯(GO)为原料、丙酮肟(DMKO)为还原剂和氮掺杂剂,采用化学还原法制备了不同氮掺杂含量的石墨烯(NG). 利用场发射透射电子显微镜(FETEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、zeta 电位和纳米粒度分析、循环伏安(CV)和旋转圆盘电极(RDE)等手段对材料的形貌、结构、成分和电化学性质进行表征. 结果显示:DMKO能有效地还原GO,且通过调节GO与DMKO的质量比,可以得到不同还原效果的NG,其氮含量范围为4.40%-5.89%(原子分数);GO与DMKO的质量比为1:0.7时制备的氮掺杂石墨烯(NG-1)在O2饱和0.1 mol·L-1 KOH溶液中对氧还原反应(ORR)的电催化性能最佳,其ORR峰电流为0.93 mA·cm-2,电子转移数为3.6,这归因于其较高含量的吡啶-N增加了材料的ORR活性位点. 此外,石墨化-N由于其较高的电子导电性倾向于产生较高的氧还原峰电流,而吡啶-N较低的超电势倾向于产生较正的氧还原峰电位. 与商用Pt/C相比,该材料展现出了优异的抗CH3OH“跨界效应”的特性.  相似文献   

11.
氨是一种重要的化肥生产原料和清洁能源载体,在工业上主要通过哈伯法合成,但该工艺反应条件苛刻,需要高温高压并消耗大量的化石能源.因此,开发能耗低、反应温和的合成氨方法,对于缓解能源和环境的双重压力具有重要的现实意义.近年来,在温和条件下通过电催化氮还原反应(NRR)合成氨有望替代哈伯法,但该技术的重点在于设计合理的电催化...  相似文献   

12.
Ammonia is an essential chemical for producing fertilizers and energy carriers. However, the industrial Haber–Bosch process causes huge CO2 emissions and energy waste. As a promising alternative for Haber‐Bosch process, electrochemical synthesis of ammonia has drawn much attention. Catalysts, as a vital part of electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR), have developed rapidly in recent years. Compared to noble‐metal catalysts, noble‐metal‐free catalysts possess a low‐cost advantage. In this review, noble‐metal‐free catalysts, including metal‐based materials, metal organic frameworks (MOFs), MXenes, and metal‐free materials, are summarized. In addition, effective design strategies are discussed, along with the main problems and some potential directions of noble‐metal‐free NRR catalysts.  相似文献   

13.
Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) under ambient conditions provides an intriguing picture for the conversion of N2 into NH3. However, electrocatalytic NRR mainly relies on metal‐based catalysts, and it remains a grand challenge in enabling effective N2 activation on metal‐free catalysts. Here we report a defect engineering strategy to realize effective NRR performance (NH3 yield: 8.09 μg h?1 mg?1cat., Faradaic efficiency: 11.59 %) on metal‐free polymeric carbon nitride (PCN) catalyst. Illustrated by density functional theory calculations, dinitrogen molecule can be chemisorbed on as‐engineered nitrogen vacancies of PCN through constructing a dinuclear end‐on bound structure for spatial electron transfer. Furthermore, the N?N bond length of adsorbed N2 increases dramatically, which corresponds to “strong activation” system to reduce N2 into NH3. This work also highlights the significance of defect engineering for improving electrocatalysts with weak N2 adsorption and activation ability.  相似文献   

14.
詹溯  章福祥 《化学学报》2021,79(2):146-157
氨不仅是重要的化肥化工原料,还是理想的清洁能源载体.目前人工氨合成主要基于Haber-Bosch过程,但该方法存在能耗大、转化率低、大量排放温室气体等问题.相比而言,利用太阳能催化转化N2和H2O等制NH3是一条实现太阳能至化学能转化的绿色制氢储氢一体化路线,受到世界各国科学家的高度关注.但当前该技术路线的氮还原(NR...  相似文献   

15.
Powered by renewable electricity, the electrochemical reduction of nitrogen to ammonia is proposed as a promising alternative to the energy‐ and capital‐intensive Haber–Bosch process, and has thus attracted much attention from the scientific community. However, this process suffers from low NH3 yields and Faradaic efficiency. The development of more effective electrocatalysts is of vital importance for the practical applications of this reaction. Of the reported catalysts, single‐atom catalysts (SACs) show the significant advantages of efficient atom utilization and unsaturated coordination configurations, which offer great scope for optimizing their catalytic performance. Herein, progress in state‐of‐the‐art SACs applied in the electrocatalytic N2 reduction reaction (NRR) is discussed, and the main advantages and challenges for developing more efficient electrocatalysts are also highlighted.  相似文献   

16.
Metal oxide nanomaterials directly grown on conductive substrates are optimal electrode materials because their structures allow for rapid ion and electron transport and thereby reduce internal resistance in the electrode. The development of such binder-free, self-supporting electrodes is of great significance for applications in electrocatalysis. In this work, a simple hydrothermal in situ self-assembly reaction and annealing process was developed to prepare three kinds of nickel oxide @ carbon felt (NiO@CF) nanocomposites with different morphologies. The influence of different precipitators (strong or weak bases) on the morphology of the resulting nano-sized nickel oxide nanocomposites was investigated. The microstructures of the NiO@CF samples were characterized with field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). When ammonia was used as the precipitator, NiO grew vertically on the surface of the carbon felt and formed a mesoporous nanosheet-like structure (NiO NSs@CF). As an electrocatalytic nitrogen reduction reaction (e-NRR) electrode, the NiO NSs@CF sample showed an excellent NH3 yield (71.3 μg h−1 mg−1cat.) and Faradaic efficiency (17.9 % at −0.5 V vs. RHE) in 0.1 M Na2SO4. The good performance was attributed to the vertical interleaved mesoporous sheet-like structure (with the pore size of 15 nm and the thickness of ∼30 nm) and the relatively high concentration of oxygen vacancies. First-principles calculations with strong on-site Coulomb interactions demonstrated that the presence of oxygen vacancy on NiO sample leads to a significantly stronger N binding over the surface, benefiting for the nitrogen gas adsorption and reduction. The e-NRR performance of this binder-free, flexible electrode material is superior to that of other reported nickel-based nanomaterials. This study highlights the potential of such binder-free carbon felt electrodes for use in e-NRR that could meet the needs of industrial production.  相似文献   

17.
18.
The electrocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) is an alternative eco‐friendly strategy for sustainable N2 fixation with renewable energy. However, NRR suffers from sluggish kinetics owing to difficult N2 adsorption and N≡N cleavage. Now, nanoporous palladium hydride is reported as electrocatalyst for electrochemical N2 reduction under ambient conditions, achieving a high ammonia yield rate of 20.4 μg h?1 mg?1 with a Faradaic efficiency of 43.6 % at low overpotential of 150 mV. Isotopic hydrogen labeling studies suggest the involvement of lattice hydrogen atoms in the hydride as active hydrogen source. In situ Raman analysis and density functional theory (DFT) calculations further reveal the reduction of energy barrier for the rate‐limiting *N2H formation step. The unique protonation mode of palladium hydride would provide a new insight on designing efficient and robust electrocatalysts for nitrogen fixation.  相似文献   

19.
通过简易的两步法制备一系列Co_3O_4/CeO_2异质结。其结构、形貌和微结构分别通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)表征。在碱性介质中,其电催化析氧性能随着Co_3O_4/CeO_2质量比的变化而变化,并有一最佳值。当Co_3O_4和CeO_2质量比为58.5%时,在1.0 mol·L~(-1)KOH溶液中,10 mA·cm~(-2)的电流密度下,过电位为347 mV,Tafel斜率为72.7mV·dec~(-1),并且稳定性良好。此时的过电位低于Co_3O_4(440 mV)、商用RuO_2(359 mV)和CeO_2(570 mV)。X射线光电子能谱(XPS)显示Co_3O_4的部分电子向CeO_2转移。这导致复合材料的导电性提高,CeO_2表面的氧空位浓度和活性氧物种增加。  相似文献   

20.
采用离子交换法与热处理相结合的方法,以ZIF67为前驱体,硫代乙酰胺为硫源,制备出硫化钴/多孔碳(CoS/C)复合催化材料,并探讨了硫化时间对复合催化剂的形貌、结构及其氧还原(ORR)性能的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、N2吸附-脱附测定仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和旋转圆盘电极(RDE)技术表征催化剂的物理特征和电催化性能。研究结果显示,在碱性条件下该复合催化剂具有与20%(w/w)的商业Pt/C催化剂相媲美的ORR活性,其半波电位仅比Pt/C催化剂低31 mV。随着硫化时间的增加,硫化钴颗粒逐渐增大,催化剂中碳材料的无序程度出现先减小后增大的趋势。在硫化时间为10 min时,复合催化剂在0.1 mol·L-1KOH中表现出良好的电催化活性,且在ORR过程中复合催化剂的平均转移电子数可达到3.72,接近于4,说明氧气在该催化剂表面发生的是四电子转移过程。  相似文献   

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