B-Co3O4/C复合纳米材料的制备及其电催化析氧性能

本文以雪莲果为碳源,采用热解法制备碳材料(C),以硝酸钴、四硼酸钠和碳材料为原料,通过热解法合成硼掺杂四氧化三钴/碳(B-Co₃O₄/C)复合纳米材料。运用XRD、FTIR、SEM、XPS等手段对其结构、形貌和组成进行表征。利用线性扫描(LSV)和Tafel曲线等电化学测试方法研究了B-Co₃O₄/C复合纳米材料的电催化析氧反应(OER)性能。结果表明,该材料具有较好的电催化OER活性。在1.0mol/L的KOH电解液和10mA·cm^-2的电流密度下,B-Co₃O₄/C复合纳米材料的过电位为293mV,Tafel斜率为45.0mV·dec^-1。在10mA·cm^-2电流密度下连续测试10h, B-Co₃O₄/C的电位变化不大,通过法拉第效率测试该催化剂的产氧效率为94%,说明硼原子的掺入改变了B-Co₃O₄...     

氮掺杂碳纳米管负载Co3O4氧还原电催化剂的制备与性能

以碳纳米管(CNT)为原料,通过负载维生素B₁₂,简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂,Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能,其半波电位达到了0.844 V(vs RHE),超越了商业Pt/C(0.820 V(vs RHE))。与Pt/C相比,基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。     

复合电沉积制备Ni/NiFe2O4电极及其电催化析氧性能

采用共沉淀法制备尖晶石型NiFe2O4粉体,然后将其加入瓦特镀镍液中,采用复合电沉积制备Ni/NiFe2O4复合电极。通过改变镀液的pH值、阴极电流密度jk等条件,探索最佳工艺条件。运用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射仪(XRD)表征粉体以及复合电极的组成和结构。结果表明,在镀液pH值为5.8～6.0、jk为40×10-3～60×10-3A/cm2条件下,所得复合电极中NiFe2O4的质量分数最高可达55.15%。采用循环伏安、稳态极化以及恒电势阶跃,研究了电极在5 mol/L KOH溶液中的电催化析氧性能。与Ni电极对比,Ni/NiFe2O4复合电极的电催化析氧性能更好,比表面积是镍电极的23.02倍,表观活化能降低了62.07 kJ/mol。恒电势长时间电解析氧实验表明,Ni/NiFe2O4复合电极在碱性介质中具有较高的析氧稳定性。     

高分散Co3O4对钙钛矿类LaCoO3低浓度甲烷催化燃烧性能的影响

本研究采用溶胶凝胶法,通过调变镧钴比合成了一种纳米新型钙钛矿类催化剂。利用物理吸附、ICP、XRD、H₂-TPR、O₂-TPD和XPS等技术对催化剂进行了表征,并对其在乏风甲烷氧化燃烧中的催化性能进行了研究。结果表明,高分散性的Co₃O₄纳米颗粒有利于甲烷的低温活化,且催化剂中镧钴钙钛矿体相可提供大量的晶格氧,促进高温下甲烷的催化燃烧速率和催化剂的高温稳定性。通过调变镧钴比例,可有效调变催化剂中Co₃O₄纳米颗粒的分散状态,进而实现催化剂低温活性和高温稳定性的有效统一。当La/Co比为0.9时,在空速为30000 mL/(gcat·h)的条件下,La0.9CoO₃钙钛矿催化剂的甲烷起燃温度为382℃;稳定运行72 h后,甲烷转化率保持在95%以上。这些结果为今后开发低成本、高活性和高稳定性的甲烷燃烧催化剂提供了参考。     

超声振荡制备纳米Co3O4及其光催化性能研究

本文在超声辅助下采用并流沉淀法制备了纳米Co3O4,并用X-射线衍射(XRD)、比表面(BET)、扫描电镜(SEM)等对所制备的材料进行了表征。以甲基橙为模拟有机污染对Co3O4的光催化脱色性能进行了考察。实验结果表明:超声振荡对纳米Co3O4比表面参数、形貌、晶粒大小及光催化脱色性能有显著影响。对超声振荡制备的Co3O4光催化性能提高的原因进行了讨论。     

固相法制备纳米Co3O4催化剂及其催化甲苯完全氧化性能

采用环境友好的固相法制备了高活性甲苯氧化Co3O4催化剂,通过与传统沉淀法和柠檬酸络合-燃烧法制备的Co3O4催化剂比较,固相合成法制备的Co3O4-SR催化剂在催化甲苯完全氧化反应中表现了很好的活性和稳定性,甲苯转化率为95%时的反应温度T95为230℃,反应60 h活性没有下降.通过XRD,Raman,FT-IR,XPS等手段对Co3O4催化剂的结构和表面性能进行了表征,结果表明固相法制备的Co3O4催化剂具有较多的表面缺陷,催化剂表面Co—O键较弱,具有较强的活化氧的能力,表现出突出的甲苯完全氧化的催化活性.     

锚定在中空碳纳米笼上的Fe掺杂Co3O4用于高效电催化析氧(英文)

本研究采用[Fe(CN)₆]^3-阴离子交换2-甲基咪唑再于空气气氛下退火衍生的策略,制备了一种负载在氮掺杂中空纳米笼碳骨架上的Fe掺杂Co₃O₄电催化剂(Fe-Co₃O₄/NC),用于电催化OER。XRD和HRTEM表征证实了Fe掺人Co₃O₄的晶格中。XPS表征明确了Fe引入后Co价态升高,这是基于Co²⁺/Co³⁺和Fe³⁺的价电子构型诱导的电子由Co²⁺/Co³⁺向Fe³⁺的转移,这会促使Co位点在OER过程中衍生为CoOOH活性物种,作为真正的电催化活性中心,这也被OER稳定性测试后的HRTEM和XPS表征所证实。电化学性能测试显示,该电催化剂的OER过电位仅有275 mV且能够在100 mA/cm²的电流密度下稳定维持20 h,兼具优异的电催化活性和稳...     

N2O在Au/Co3O4和Au/ZnCo2O4催化剂上的分解反应

通过调变HAuCl₄溶液的pH值和Au负载量,用沉积-沉淀法制备了一系列Au/Co₃O₄催化剂,并采用AES、BET、XRD、SEM、XPS和H₂-TPR等技术对催化剂的结构和组成进行了表征,考察了制备条件对其在有氧气氛中催化N₂O分解反应性能的影响规律,得到了催化剂最佳制备条件:HAuCl₄溶液pH值为9,Au负载量为0.29%。催化测试结果表明:虽然ZnCo₂O₄的催化活性优于Co₃O₄,但0.31%Au/ZnCo₂O₄的活性和稳定性低于0.29%Au/Co₃O₄。500℃、在含氧气氛中连续反应10 h, 两者均可完全分解N₂O,但在含氧、含水气氛中0.29%Au/Co₃O₄和0.31%Au/ZnCo₂O₄上的N₂O转化率分别为92%和63%。究其原因,发现Au/Co₃O₄中Au和Co组分间存在协同效应,而Au/ZnCo₂O₄中Au和Co组分间则没有协同效应。     

Co3O4/CeO2异质结制备及其在碱性介质中电催化析氧性能

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。     

CoBx/Co3O4电催化剂的制备及其氧析出性能

采用NaBH4溶液处理经水热、热处理步骤制得Co3O4纳米棒,得到表面富含氧空位以及无定型CoBx的Co3O4(CoBx/Co3O4)氧析出(OER)电催化剂。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)等技术表征了催化剂的物相、微观形貌、元素组成以及表面化学键结构等。通过电化学工作站测试了电极材料的OER活性、稳定性、电化学阻抗等。结果表明,经NaBH4处理后,Co3O4表面高价态Co被还原至低价态Co,最终其表面有无定型CoBx的生成,并含有大量氧空位,有效提升了OER性能。在1.0 mol·L^-1 KOH电解质溶液中,达到10 mA·cm^-2的电流密度时,CoBx/Co3O4所需的过电位由Co3O4的346 mV降至298 mV。     

CeO2/Co3O4氧载体的制备及其甲烷化学链燃烧性能研究

制备了系列甲烷化学链燃烧用CeO₂/Co₃O₄复合氧载体,采用XRD、H₂-TPR、甲烷程序升温和恒温反应对氧载体进行了表征与评价。研究了不同CeO₂的负载量对复合氧载体的结构、氧化还原性、产物选择性的影响。结果表明,氧化铈的添加不仅降低了氧载体的初始反应温度,还延长了有效反应时间,但铈添加量过高会降低产物CO₂选择性,使甲烷向部分氧化进行。CeO₂(30%)/Co₃O₄氧载体在650 ℃经20次循环后甲烷转化率和CO₂选择性均未明显降低,表现出较高的活性和化学链循环稳定性。     

鸡蛋壳负载Co3O4催化剂制备及其N2O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co₃O₄含量Co₃O₄/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N₂O分解性能。结果表明,当Co₃O₄质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N₂O分解性能。在空速10000 h^-1和N₂O含量0.1%的条件下,400℃可实现N₂O完全转化;其比活性约为Co₃O₄催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O₂、3.3%H₂O和/或2.0×10^-4 NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO₃作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co3O4紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co₃O_4...     

基于纳米Co3O4低温催化发光的乙醚传感器

基于纳米Co3O4材料上乙醚的催化发光(CTL)现象,建立了直接测定空气中乙醚浓度的方法.研究发现,在较低温度下,乙醚在球链状的纳米Co3O4表面具有很高的发光强度和较好的选择性,以此为敏感材料就可以建立一种高效稳定的乙醚气体传感器.其最佳操作条件为:测定温度176℃,分析波长440 nm,载气流速180 mL/min.乙醚气体在4.0～1500 ppm(φ)的浓度范围内呈良好的线性关系(R=0.9993),响应时间为2 s,检出限为φ=1.67 ppm(3σ),回收率为97.3%～103.0%.考察了11种相同浓度的常见挥发性有机物的干扰情况,发现除丙酮、乙醇、四氯化碳和乙酸乙酯有轻微干扰(小于0.8%),其余7种物质均未产生明显的CTL信号.连续140 h通过150 ppm(φ)的乙醚气体,发光强度无明显降低,表明该传感器是一种长寿命的、性能稳定的传感器.     

Co3O4/KIT-6催化剂催化分解N2O反应研究

本文采用等体积浸渍法将活性组分Co₃O₄负载到具有大比表面积、独特三维交联介孔道的KIT-6分子筛上,制备一种负载型的Co₃O₄/KIT-6催化剂,并用于催化分解N₂O反应.研究发现,负载Co₃O₄后的催化剂不仅保持了KIT-6有序的介孔结构,同时增大了催化剂的有效比表面积,提高了活性组分Co₃O₄的利用率,其催化活性基本与纯Co₃O₄相持平.通过对不同负载量的Co/KIT-6催化剂的活性测试发现,该催化剂的活性随着Co负载量的增加而提升.通过对30%Co/KIT-6催化剂的稳定性测试及其在杂质气体存在条件下的活性测试,表明30%Co/KIT-6催化剂具有较好的催化稳定性和杂质气体抗性,适用于实际工业生产尾气中的N₂O处理.     

CuCo2O4/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了CuCo₂O₄/NiFe层状双金属氢氧化物(LDH)(CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo₂O₄和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo₂O₄处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心CuCo₂O₄免受强碱腐蚀。因此,在1.0 mol·L^-1 KOH溶液中,将CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF用作OER催化剂时,仅需191mV的低过电位即可实现10 mA·cm^-2的电流密度和31 mV·dec^-1的低Tafel斜率。此外,CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。     

CuCo2O4/NiFe层状双金属氢氧化物核壳纳米花球阵列的高效析氧反应

采用界面工程策略在泡沫镍(NF)上制备了 CuCo₂O₄/NiFe 层状双金属氢氧化物(LDH) (CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF)核壳纳米花球阵列。研究表明,电子通过CuCo₂O₄和NiFe-LDH耦合界面发生转移,导致核心CuCo₂O₄处于富电子状态,从而提高了反应速率。非晶态NiFe-LDH外壳不仅为电子/物质提供更多的传输通道和增加活性位点。同时,还能在电催化析氧反应(OER)中保护核心 CuCo₂O₄免受强碱腐蚀。因此,在 1.0 mol·L^-1 KOH 溶液中,将 CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF 用作 OER 催化剂时,仅需 191mV 的低过电位即可实现 10 mA·cm^-2的电流密度和 31 mV·dec^-1的低 Tafel斜率。此外,CuCo₂O₄/NiFe-LDH@NF 在长时间的工作中能够保证催化性能、晶体结构、形貌结构和组成的稳定。     

Co3O4空心球的简易合成及其电化学性能

通过简易的水热法"一锅"制备了Co3O4空心球。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱法(FTIR)等对Co3O4的结构和形貌进行了表征。结果表明,产物由Co3O4纳米粒子构成,并形成明显的空心多孔结构。循环伏安法(CV)测试表明,所制得的Co3O4空心球呈现良好的电化学性能。本文同时对Co3O4空心球结构的形成过程和可能的机理进行了分析和讨论。     

无模板合成微米管状Co3O4基复合材料高效催化电解水析氧反应

电解水制氢因具有清洁高效的优点而被认为是大规模生产氢能最有希望的技术之一.然而,电解水半反应之一的析氧反应(OER)需经历复杂且动力学缓慢的4电子转移过程.加之热力学上的阻碍,OER实际需要的电位远大于1.23 V的理论值,导致其能耗高,限制了电解水的效率和商业化应用.因此,亟待开发高效的OER电催化剂.管状结构具有较高的比表面积、充分暴露的活性位点和丰富的短路径扩散通道,是一种理想的电催化结构.同时,Co3O4基材料因其制备容易、成本低和OER电催化学活性较高等特点,成为近年来电催化材料的研究热点.此外,非金属元素P的掺杂条件温和,并且可以有效改变过渡金属电子结构.因此,本文通过合理设计管状的Co3O4基电催化剂并进行P掺杂,尝试将形貌调控和元素改性的优势发挥到最大.为了解析影响生成管状结构的因素,本文通过控制变量法系统地研究了管状Ni/Co3O4的制备条件,包括阳离子种类和含量、添加剂种类和含量、阴离子种类等对催化剂形貌和性能的影响.表征结果表明,初始的乙酸钴镍氢氧化物棱柱对反应环境较为敏感,从而成为直接影响最终微米管状结构的关键因素.此外,对Ni/Co3O4微米管进行适量的P掺杂,能提高材料的电子传输性能和优化材料的电子结构;而且P的掺杂直接提高了样品中的M3+/M2+比例(M代表Co和Ni),而M3+是M基电催化材料的活性位点,这进一步增加了OER的活性位点进而提高其催化活性.总之,通过结构和成分的优化,得到了OER催化性能显著提高的微米管状P-Ni/Co3O4,其性能甚至超过了商业化RuO2电催化剂.     

Fe3O4/聚苯乙烯纳米复合材料的结构与性能

采用油酸(OA)表面改性的粒径均一的Fe3O4纳米粒子(OA-Fe3O4)与工业化聚苯乙烯(PS)通过溶液共混挥发干燥方法得到了具有超顺磁性的OA-Fe3O4/PS纳米复合材料.透射电子显微镜表征结果表明,在OA-Fe3O4质量分数为1%~10%时,OA-Fe3O4纳米粒子均匀分散在PS聚合物基体中.示差扫描量热分析表明,随着纳米粒子加入量的增加,纳米复合材料的玻璃化转变温度逐渐降低.热失重分析表明,OA-Fe3O4的存在显著提高了PS在空气条件下的热稳定性.流变分析表明,随着纳米粒子加入量的增加(0~10%),复合材料黏度逐渐降低.进一步研究了分子量双峰分布的PS与OA-Fe3O4纳米复合体系的流变行为,结果表明,当PS基体的平均分子量大于临界缠结分子量,且填充的纳米粒子的半径小于双峰分布PS的均方旋转半径时,加入纳米粒子仍然导致体系的复合黏度降低.     

NiMoO4纳米线@ZnCo MOF(350)核壳结构复合材料的制备及其析氧电催化性能

采用液相合成法成功合成了一种新型的ZnCo金属有机骨架（MOF）纳米晶原位生长于NiMoO₄纳米线（NWs）表面的复合材料NiMoO₄ NWs@ZnCo MOF。经350 ℃低温热处理（所得产物命名为NiMoO₄ NWs@ZnCo MOF（350））后,仍旧较好地保持了前驱体的结构和形貌,但在ZnCo MOF内部出现了极少量的Co₃O₄相,证明发生了轻微热解。化学键C—O—Mo和相异质界面处产生的大量氧空位可以成为活性位点的来源。新的Co₃O₄相的形成也导致异相界面的进一步增加。此外,少量的热解使核壳结构表面更加粗糙、疏松和多孔,产生更高的比表面积、更快的离子扩散路径和更好的导电性。因此经惰性玻碳电极测试,在10 mA·cm^-2电流密度下电催化剂表现出360 mV的低过电位,并保持了30 000 s的长期催化稳定性。