高温热裂解电催化剂Ketjen Black EC300J碳黑负载钴卟啉的氧还原性能

选用具有高介孔表面积和高导电性能的碳黑Ketjen Black EC 300J(简称KB)作为载体,制备了碳黑负载钴卟啉(CoTMPP/KB),经过900℃热处理后得到电催化剂,用于燃料电池阴极氧还原反应.利用循环伏安法(CV)研究了碳载体不同预处理方法以及高温热处理对碳黑负载钴卟啉电催化剂的氧还原催化性能的影响.结果...     

碳纳米管负载金属卟啉电催化剂制备及其催化活性

采用微波合成法制备了多壁碳纳米管负载钴卟啉(CoTMPP/MWNT)电催化剂,利用透射电子显微镜对催化剂微观结构进行了表征,并通过旋转圆盘和旋转环盘技术对电催化剂的氧还原活性进行了评价.结果表明,与有机回流合成法制备的催化剂相比,微波法合成的CoTMPP/MWNT催化剂具有更好的氧还原性能,半波电位正向移动110mV;与多孔碳为载体的CoTMPP/BP2000催化剂相比,多壁碳纳米管为载体的CoTMPP/MWNT电催化剂的起始电位高10mV,还原电流损失低21%,表现出更好的氧还原活性和稳定性.在CoTMPP/MWNT电催化剂表面进行的氧还原过程中电子转移数为3·6,H2O2生成量为18%.MWNT独特的电子特性、强抗腐蚀能力及其与活性钴离子之间的相互作用有助于改善催化剂的氧化还原性能.     

高温热裂解电催化剂Ketjen Black EC300J碳黑负载钴卟啉的氧还原性能

选用具有高介孔表面积和高导电性能的碳黑Ketjen Black EC 300J(简称KB)作为载体,制备了碳黑负载钴卟啉(CoTMPP/KB),经过900℃热处理后得到电催化剂,用于燃料电池阴极氧还原反应.利用循环伏安法(CV)研究了碳载体不同预处理方法以及高温热处理对碳黑负载钴卟啉电催化剂的氧还原催化性能的影响.结果表明,6 mol/L HNO3预处理可以很好地改善KB性能,碳黑负载钴卟啉经过900℃热处理得到的电催化剂,虽然其中钴卟啉的结构发生了裂解,但催化剂具有较好的氧还原催化性能,阴极峰值电位(Ep)及最大电容电流(Ip)均为最佳.采用IR、XRD、TEM和氮吸附/脱附等手段对KB碳黑以及电催化剂表面性质及微观结构进行了分析,经6 mol/L HNO3预处理的KB碳黑表面羟基(—OH)等含氧基团增多,团聚不明显,平均粒径约30 nm;孔结构主要由孔径分布较窄的中孔组成,是一种较好的电催化剂载体;经900℃热处理后,电催化剂结构中有CoC3(101)和金属态Co(111)结构出现,钴离子在碳黑表面的分散较好,平均孔径为8.2 nm,比表面积为463.4 m2/g.     

热处理温度对锂氧气电池用Co-N/C催化剂催化性能的影响

开发低成本、高效的空气电极催化剂是发展锂空气电池的关键课题之一. 采用邻菲咯啉(phen)为配体制备Co(phen)₂配合物,负载于BP2000 碳载体上,并分别在600、700、800 和900 ℃的温度下进行热处理,制备得到碳支撑的Co-N催化剂(Co-N/C). 对催化剂的氧还原反应/析氧反应(ORR/OER)活性进行了表征,并且与典型的CoTMPP/C催化剂进行了比较. 同时研究了煅烧温度对Co-N/C催化剂的组成和结构的影响. 电化学测试结果表明,热处理温度为700-800 ℃时催化剂具有较好的电化学性能. Co-N/C催化剂具有电化学性能优良与低成本的特点,是一种良好的锂氧气电池催化剂.     

热处理温度对锂氧气电池用Co-N/C催化剂催化性能的影响(英文)

开发低成本、高效的空气电极催化剂是发展锂空气电池的关键课题之一.采用邻菲咯啉(phen)为配体制备Co(phen)2配合物,负载于BP2000碳载体上,并分别在600、700、800和900°C的温度下进行热处理,制备得到碳支撑的Co-N催化剂(Co-N/C).对催化剂的氧还原反应/析氧反应(ORR/OER)活性进行了表征,并且与典型的CoTMPP/C催化剂进行了比较.同时研究了煅烧温度对Co-N/C催化剂的组成和结构的影响.电化学测试结果表明,热处理温度为700-800°C时催化剂具有较好的电化学性能.Co-N/C催化剂具有电化学性能优良与低成本的特点,是一种良好的锂氧气电池催化剂.     

钴卟啉的合成及其对氧还原的电催化性能

 合成了四苯基卟啉及其钴配合物,考察了催化剂、溶剂及反应温度等因素对四苯基卟啉收率的影响,并用红外光谱和核磁共振氢谱对合成产物进行了结构表征. 以X射线光电子能谱为主要手段,研究了不同热处理温度对钴卟啉结构的影响,通过测定空气电极极化曲线研究了热处理对钴卟啉催化活性的影响. 结果表明,在200 ℃, 以对硝基苯甲酸为催化剂,硝基苯为溶剂时,四苯基卟啉收率达32%. 热处理能提高金属卟啉的催化活性, 600 ℃热处理后,钴卟啉环中的 Co-N4 结构趋于键断裂的临界状态,催化活性点增多,催化活性较好; 而800 ℃处理的钴卟啉中部分 Co-N4 键破裂,催化活性下降.     

电化学氧化增强金属钴卟啉的自组装研究

应用电化学方法将钴(Ⅱ)卟啉氧化成钴(Ⅲ)卟啉以增强它与4-巯基吡啶(MP)自组装膜的轴向配位作用,从而快速制备了有序钴卟啉自组装修饰电极CoTMPP/MP/Au(E).电化学石英晶体微天平(EQCM)测试证实电化学氧化对钴卟啉膜生长过程的增强作用.Ram an光谱及修饰电极电催化还原氧研究显示,该修饰电极与经过长时间浸渍法得到的CoTMPP/MP/Au(I)修饰电极具有完全相似的有序结构和性质.与直接将钴卟啉吸附在电极表面的CoTMPP/Au修饰电极相比,以巯基吡啶为桥键得到的钴卟啉修饰电极具有更好的电催化活性和稳定性.     

高温处理对碳载吡啶钴催化氧还原性能的影响

利用碳黑(Vulcan XC-72R) 中加入硫酸钴和吡啶(Py)作为催化剂前躯体, 经溶剂分散热处理构建了一类新型的高效氧还原CoPy/C复合催化剂. 运用循环伏安法和旋转圆盘电极(RDE)技术研究了不同温度(600~900 ℃)处理CoPy/C催化剂在碱性介质中对氧还原的电催化性能. 结果表明, 热处理能显著提高CoPy/C的催化活性, 活性次序为800 ℃>900 ℃>600 ℃>未处理. 其中800 ℃处理的15%Co25%Py/C(质量分数)复合催化剂表现出最佳的氧还原催化性能, 以其制备的气体扩散电极在3.0 mol/L KOH 电解质溶液(O₂气氛)中的半波电位为-0.069 V(相对于标准可逆氢电极), 起峰电位为0.026 V, 同时表现出明显的极限扩散电流. 利用透射电镜、 能谱分析和X射线衍射技术对催化剂的微观形貌、 颗粒大小和活性位结构的研究结果表明, 所制备的碳黑负载吡啶钴催化剂(15%Co25%Py/C)平均粒径为17 nm, 经800 ℃处理后吡啶结构发生了坍塌, 形成了其它价态的钴氧化合物、 硫化物和单质钴, 并协同吡啶中的氮对氧起催化还原作用. RDE结果表明, O₂在CoPy/C催化剂上的反应动力学主要通过4e^-过程还原成H₂O.     

自组装合成Fe-N-C-PANI有序介孔结构催化剂及其在酸性条件下的氧还原活性

采用乙醇挥发自组装法,以F127为模版,甲阶酚醛树脂为碳源,聚苯胺为配体,加入硝酸铁和硅酸盐,制备了有序多级孔的Fe-N-C-PANI催化剂.催化剂的成分和形貌表征结果表明,在热处理温度为800℃时,有序介孔的结构最清晰,拥有整齐的孔道和最高的比表面积（1007 m²/g）;XPS分析结果表明,吡啶氮原子和石墨氮原子含量（摩尔分数）为3.86%.热处理温度升高过程中Fe（Ⅲ）被还原,向单质Fe转化,并促进了N的掺杂,使碳化铁转化为Fe-N_x活性位点,提高了催化剂的氧还原反应（ORR）催化活性,热处理温度达到900℃时,过多的单质铁使其氧还原活性下降.在酸性溶液中,Fe-N-C-PANI-800催化剂的起始电位可达0.89 V,半波电势为0.81 V.有序介孔结构使催化剂更易石墨化,提高了材料的稳定性.     

碳载体预处理对CoTMPP/BP电催化剂氧还原性能的影响

采用微波加热合成法制备了CoTMPP/BP电化学氧还原催化剂。采用旋转圆盘电极(RDE)研究了BP2000碳载体经30% H₂O₂或6 mol·L^-1 HNO₃化学预处理后对催化剂氧还原催化活性的影响，并且在PEM燃料电池工作站上测试了不同CoTMPP/BP催化剂的燃料电池单电池性能。结果表明，碳载体经过化学预处理后催化剂性能有显著的提高，并且30% H₂O₂处理效果更好。采用IR、XRD和XPS进一步分析了载体化学预处理对催化剂活性影响的机理：IR结果表明预处理后载体表面羟基(-OH)等含氧基团增多；XRD分析表明900℃热处理后催化剂中有Co₃C(101)和金属态Co(111)结构出现；XPS分析表明碳载体预处理后N原子表面浓度以及组分N1和Co^Ⅲ相对比例升高，有利于Co-N4-C活性位的形成，然而组分N1，O1s Co^Ⅲ和Co^Ⅱ的结合能(BE)有所下降。     

Preparation and Catalytic Activity of Carbon Nanotube-Supported Metalloporphyrin Electrocatalyst

The multiwalled carbon nanotube-supported CoTMPP (CoTMPP/MWNT) electrocatalyst was prepared by the microwave synthesis method, and its microstructure was characterized using transmission electron microscopy. The electrocatalytic performance of CoTMPP/MWNT for oxygen reduction reaction (ORR) was evaluated by rotating disc electrode and rotating ring disc electrode technique. Compared with the CoTMPP/MWNT electrocatalyst prepared by the traditional organic reflux method, the one prepared by the microwave synthesis method showed better performance for ORR, and the half-wave potential exhibited a positive shift of 110 mV. Compared with CoTMPP/BP2000, the CoTMPP/MWNT electrocatalyst showed a 10 mV higher on-set potential and a 21% lower reduction current loss in ORR, indicating that the CoTMPP/MWNT electrocatalyst had higher catalytic activity and better stability than CoTMPP/BP2000. The number of exchanged electrons during ORR and the yield of peroxide were 3.6 and 18%, respectively. The high corrosion resistance and unique electronic property of MWNT, and the interaction between MWNT and active metal ions can efficiently improve the electrocatalytic performance of the CoTMPP/MWNT catalyst.     

Fe-Nx/C电催化剂的氧还原性能及配体结构对催化活性的影响

以2,6-二氨基嘌呤(Hdap)为配体合成了Fe-Nx/C氧还原催化剂, 并优化了热处理温度和Fe含量. 对催化剂组成和结构进行了表征, 分析了配体Hdap在热处理过程中随温度的变化情况, 通过循环伏安法和线性扫描伏安法测试了催化剂的氧还原催化性能. 结果表明, 热处理温度为800℃, Fe质量分数为5%时, 催化剂活性最高. 吡啶N含量较高的配体有利于提高催化剂的活性, 配体中含S元素会增加催化剂的活性.     

碱性燃料电池Co-N/C复合催化剂的电化学性能

碳黑经过酸处理后再加入醋酸钴经氨气900 ℃热处理后, 以其制备的气体扩散电极在6 mol•L^―1 KOH溶液中对氧还原反应(ORR)的电催化性能得到大大提高. XRD物相分析表明: 碳粉中加入醋酸钴经氨气热处理生成了氮化钴(Co_5.47N). 通过极化曲线和交流阻抗方法对制备的气体扩散电极在空气中的性能进行了研究. 室温时在－0.2 V (vs. Hg/HgO)电位下, 未经处理的碳电极对氧还原基本没有电流产生; 用酸处理后的碳电极在空气中的电流密度提高到57 mA•cm^―2; 而Co-N/C复合电极在同样条件下电流密度可达170 mA•cm^―2, 交流阻抗显示氮化物的生成减小了氧还原反应的阻抗, 增强了对氧还原反应的电催化作用.     

Red-blood-cell like nitrogen-doped carbons with highly catalytic activity towards oxygen reduction reaction

A highly active nitrogen-doped catalyst with a unique red-blood-cell(RBC) like structure is reported for oxygen reduction reaction(ORR).The catalyst Fe,N-C@carbon-900 was prepared by pyrolysis of the polyaniline(PANl) and polystyrene(PS) composites with adsorption of ferric ion on the shell of sphere structure at 900℃.Fe,N-C@carbon-900 with a unique RBC-like structure provides plenty of catalytic sites combining the electrical conductivity of the carbon sphere with the catalytic activity of the nitrogen-doped layer.The four-electron reduction pathway is selected for the catalyst Fe,N-C@carbon-900.The catalyst exhibit the ORR E_(onset) at 0.87 V(potentials is versus to reversible hydrogen electrode(RHE)),E_(1/2) at 0.78 V and high diffusion-limiting current density(5.20mA/cm~2).Furthermore,this work indicates that both N and Fe accounted for high activity of the catalyst Fe,N-C@carbon-900 toward the oxygen reduction process.It is concluded that Fe and N exhibit synergistically promotion in the ORR activity for the catalyst Fe,N-C@carbon-900.We also provide a rational design of electrocatalysts with high ORR activity to further clarify the essential ORR sites of heteroatom doped carbon materials for fuel cells and metal-air battery applications.     

铁卟啉的合成及其电催化性能研究

合成了四苯基卟啉及其铁衍生物,用红外光谱进行了结构表征。采用光电子能谱(XPS)方法研究了热处理对铁卟啉结构的影响,通过测定空气电极极化曲线研究了热处理对铁卟啉的催化活性和稳定性的影响。结果表明,铁卟啉具有良好的氧气还原催化活性。热处理提高了铁卟啉的催化活性和稳定性,600℃下热处理的铁卟啉催化活性最好,800℃热处理的铁卟啉的稳定性最好。     

Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应-催化剂床层温度分布

在连续流动的固定床反应装置上,考察了Ni/Al2O3催化剂上CH4三重整反应中催化剂床层的温度分布。实验在常压、750℃~950℃、2000h-1~20000h-1下进行,研究了外控炉温、空速和进料组成对催化剂床层温度分布的影响。结果表明,催化剂床层中的温度梯度较甲烷部分氧化反应平缓,在CH4/CO2/H2O/O2=50/12.5/12.5/25（摩尔比）、20000h-1下,催化剂床层中入口处温度比炉温高约80℃,出口处温度与器壁温度相当。空速越低,催化剂床层入口处温度(tmax)与炉温之差Δtmax越小(20000h-1时,Δtmax=80℃;2000h-1时,Δtmax=30℃)。当原料气中不含O2时,催化剂床层入口处没有观测到温度骤升的现象。催化剂床层温度分布出现“低谷”现象,温度最低点(tmin)比炉温低30℃~40℃。根据温度分布曲线,大体可将催化剂床层分为三个区域：富氧区、贫氧区和无氧区。富氧区内只发生燃烧反应,贫氧区内发生重整反应和部分氧化反应,无氧区内只发生重整反应。     

PdNiO/C在碱性介质中对甲醇的电氧化

应用循环伏安,计时电流,计时电位和XRD等方法研究了碱性介质中甲醇在自制PdNiO/C和Pd/C催化剂上的电化学氧化以及高温热处理对催化剂结构和性能的影响.结果表明,还原温度为70℃,Pd、Ni原子比为8∶2时,PdNiO/C催化剂对甲醇电化学氧化具有较好的催化活性.热处理可增大催化剂粒径,升高结晶度,降低分散度和催化活性,并且可使NiO从Pd的晶格中脱离出来.与Pd/C催化剂相比,优选的PdNiO/C催化剂有更高的催化活性和更好的抗毒化能力.