Co9S8/MoS2异质结构的构筑及电催化析氢性能研究

利用前驱物形貌导向法,成功制备了Co₉S₈/MoS₂异质结构催化剂,该催化剂在碱性析氢反应（HER）中表现出优异的催化活性及稳定性,其在10 mA·cm^-2处的过电势仅为84 mV.通过X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、电子自旋共振（ESR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）和同步辐射（XAFS）等表征,证明了CoS₂/MoS₂在H₂氛围下煅烧形成Co₉S₈/MoS₂的过程中,CoS₂中Co的配位模式从部分八面体向Co₉S₈中的四面体转变,这种转变可活化MoS₂的惰性平面,从而使其更有利于吸附H^*.除此之外,接触角数据表明：该催化剂具有良好的亲水性,有利于电解液渗透及气体分子的迅速扩散,从而促进HER反应速率.由于异质结构间具有强烈的相互作用,该催化剂可表现出良好的结构稳定性.本工作基于Co₉S₈/MoS₂异质结构的成功构筑及对其HER催化机理的充分探讨,为后续硫化物异质结及其在电催化中的应用提供了良好的思路和研究基础.     

1T相MoS2的制备及在电催化分解水析氢反应中的应用

二硫化钼(MoS₂)已成为电化学析氢反应(HER)中铂催化剂的廉价替代品。1T-MoS₂是MoS₂的金属相，由于其具有优异的导电性和更多的电化学活性位点，因此成为了比2H-MoS₂更具前景的理想催化剂材料。本文综述了1T相MoS₂的制备及在HER中的应用。首先，比较了1T-MoS₂和2H-MoS₂几何结构及电子结构的差异，从“自上而下”及“自下而上”的角度概述了1T-MoS₂常用制备方法，总结1T-MoS₂及1T-MoS₂基材料在HER领域的应用；最后指出现阶段关于1T-MoS₂的研究中仍存在的一些关键问题。     

不同孔结构CeTiOx催化剂的制备及其NH3-SCR脱硝性能研究

为探究催化剂的孔结构对催化剂脱硝活性的影响,采用溶胶凝胶法分别制备了三维有序大孔-介孔(3DOM-m) CeTiO_x、三维有序大孔(3DOM) CeTiO_x、三维有序介孔(3DOm) CeTiO_x及无序孔(DM) CeTiO_x等四种不同孔结构的催化剂。NH₃-SCR测试结果表明,催化剂活性依次为3DOM-m CeTiO_x>3DOm CeTiO_x>3DOM CeTiO_x>DM CeTiO_x, 3DOM-m CeTiO_x表现出更优异的催化活性,NO转化率在60000 h^-1、250–400℃时超过90%。通过XRD、SEM、BET、NH₃-TPD、in-situ DRIFTS等技术对催化剂进行表征分析。结果表明,催化剂的比表面积并不是决定CeTiO_x脱硝活性的主导因素。3DOM-m CeTi...     

金箔上单层MoS2的控制生长及电催化析氢应用

金属衬底上单层MoS₂的可控批量制备是探索其微观形貌、新奇物理化学特性以及潜在应用的重要前提. 最近, 我们利用低压化学气相沉积的方法, 在多晶金箔上实现了高质量、大面积/大批量、畴区尺寸可调(从几百纳米到几十微米)单层MoS₂的可控制备; 利用低能电子显微/衍射实现了直接生长的单层MoS₂畴区取向和畴区边界的原位识别; 利用金箔上合成的纳米尺寸MoS₂作为电催化析氢反应的催化剂, 实现了高效的析氢效果(塔菲尔斜率约61 mV/dec, 交换电流密度约38.1 μA/cm²). 本文将以这些研究成果为主线, 系统地阐述金箔上单层MoS₂的可控制备和转移、畴区的原位识别以及在电催化析氢反应中的应用, 并对该领域的未来发展趋势和所面临的挑战进行简要的展望.     

单原子改性二硫化钼电催化析氢

氢能是21世纪最理想的清洁能源之一。相比于天然气和煤炭制氢,电解水制氢具有成本低、效率高、无污染、原料丰富的特点,可以有效缓解CO₂过量排放导致的温室效应。电催化析氢需要活性高、稳定性好、廉价易得的催化剂克服反应能垒并加速动力学过程,对实现分解水制氢的规模化应用具有重要的推动作用。铂基催化剂被公认为性能最优异的析氢电催化剂之一,但由于丰度低、成本高,不适用于大规模产氢。二硫化钼(MoS₂)作为典型的二维材料之一,因其高活性位点暴露和高比表面积在析氢领域展现出一定的应用潜能,并有望取代铂基催化剂。本文基于MoS₂电催化剂在析氢领域的研究现状,对单原子掺杂改性MoS₂以提高其催化活性的研究进行了综述,以析氢过电位(Overpotential)及塔菲尔(Tafel)曲线斜率为依据,总结了贵金属单原子、非贵金属单原子及非金属单原子改性MoS₂催化剂的结构与性能以及它们之间的构效关系,在此基础上,提出MoS₂析氢催化剂目前存在的科学问题并指出了未来的努力方向。     

泡沫铜支撑Ru掺杂Cu3P自支撑催化剂及其析氢性能

过渡金属磷化物(TMP)是一种用于碱性条件下析氢反应(HER)的有效催化剂, 然而其活性严重受限于水解离步。本文通过在泡沫铜(CF)上生长Cu(OH)₂纳米阵列, RuCl₃溶液浸泡和磷酸化, 制备了一种具有较大比表面积和适当Ru掺杂的Ru-Cu₃P自支撑催化剂(Ru-Cu₃P/CF)。作为一种优良的HER催化剂,在电流密度为10 mA·cm^-2时, 其过电位为95.6 mV, 比Cu₃P/CF降低149.4 mV。其决速步由Volmer向Heyrovsky机制过渡。HER性能的提高可以归因于Ru掺杂磷化铜促进水解离过程,以及Cu(OH)₂纳米阵列衍生Cu₃P纳米结构具有更高的电化学活性面积, 从而保证了更多的活性位点。本论文突出了具有空的d轨道的金属掺杂促进水解离的重要性,为高性能电解水析氢催化剂的设计提供了新思路。     

介孔TiO2担载Cu（OH）2及其催化炔烃氧化偶联反应

在有序介孔TiO₂中原位担载了高分散的Cu（OH）₂,并将其应用于炔烃的氧化偶联（Glaser）多相催化反应,该催化剂表现出很高的催化活性.Cu（OH）₂为催化剂的主要活性组分,TiO₂的有序介孔和较大的比表面积有利于Cu（OH）₂的分散以及反应物和产物的扩散,具有重要的应用前景.     

溶剂热一步法制备二硫化钼/亚氧化钛电解水析氢催化剂

通过水热法一步合成了系列二硫化钼/亚氧化钛（MoS₂/Ti_xO_y）复合催化剂,研究了溶剂、硫源和钼源等合成条件对所合成的催化剂电催化析氢活性的影响以及亚氧化钛的作用。结果表明,溶剂、硫源、钼源、亚氧化钛等因素都对催化剂的结构和电解水析氢性能有重要影响。溶剂水、水解可产生铵根离子的硫源和钼源以及亚氧化钛的加入有利于获得具有高析氢活性的催化剂。其中,以水为溶剂、硫代乙酰胺为硫源、钼酸铵为钼源得到的催化剂析氢活性最高,电解水析氢测试中达到10 mA/cm²电流密度时需要的过电势仅为280 mV。     

单个MoS2纳米片氢析出催化特性研究

MoS₂作为高效的电催化氢析出(HER)催化剂已有大量文献报道. 实验和DFT计算结果都表明MoS₂的高氢析出活性来源于边缘,而其基面是催化惰性的。为了进一步验证此结论,本文利用巯基羧酸在恒电位下自组装单层修饰的纳/微米电极固定不同尺寸的单个纳米片状,对MoS₂氢析出催化活性与其尺寸的关系进行研究,发现纳米片状MoS₂具有较高的催化活性,同时较小尺寸的MoS₂氢析出活性更高,说明MoS₂的边缘的增多对其催化活性有巨大提升,即证明了边缘部分具有更高的氢析出催化活性.     

Ni2P和MoS2催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中的氢溢流效应

对分层装填的Ni₂P//MoS₂催化剂上的二苯并噻吩加氢脱硫反应进行了研究。结果表明,分层装填的Ni₂P/Al₂O₃和MoS₂/Al₂O₃催化剂在二苯并噻吩加氢脱硫反应中存在氢溢流效应,氢溢流有助于提高MoS₂催化剂的活性位密度和加氢脱硫反应速率。由于Ni₂P比NiS_x具有更强的氢分子解离能力,Ni₂P//MoS₂催化体系的氢溢流因子略高于NiS_x//MoS₂;相对于NiS_x,Ni₂P对MoS₂催化剂是更好的助剂。     

介孔CuO/γ-Al2O3催化剂的 制备及其在合成气制二甲醚反应中的应用

以三嵌段共聚物F₁₂₇为模板剂,以异丙醇铝、硝酸铜为原料,采用溶剂挥发自组装法制备具有介孔结构的CuO/γ-Al₂O₃复合催化剂.通过XRD、SEM-EDS、H₂-TPR、N₂-吸附脱附、TEM等技术对该催化剂的结构进行了表征.实验结果表明,通过溶剂挥发自组装法制备的催化剂CuO/γ-Al₂O₃具有有序的介孔结构,并且具有较大的比表面积以及均一的介孔结构,并且Cu元素均匀地分布在γ-Al₂O₃的表面.将该复合催化剂用于合成气直接制备二甲醚的反应,在空速1 500 h^-1、温度320 ℃、压力5 MPa的条件下,CO转化率最高达到68.8%、DME选择性达到59.0%.连续反应50 h后,CO转化率从68.8%降低至59.5%,DME选择性基本保持不变,催化剂部分失活的原因是由于铜元素部分发生了聚集.     

Ni2P和MoS2催化剂在喹啉加氢脱氮反应中的协同效应

设计实验证明了Ni₂P和MoS₂催化剂在喹啉加氢脱氮反应中存在协同效应,该协同效应能够用氢溢流遥控模型理论解释。Ni₂P//MoS₂的协同因子随反应温度升高而减小,并且略微大于相同反应条件下NiS_x//MoS₂的协同因子。Ni₂P产生的溢流氢能够提高MoS₂催化剂上加氢活性位的数量,促使Ni₂P//MoS₂催化体系增加1,2,3,4-四氢喹啉和5,6,7,8-四氢喹啉加氢生成十氢喹啉的速率,提高其脱氮活性;因此,Ni₂P对MoS₂催化剂是很好的助剂。     

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.     

电沉积NiCu合金锚定Co2P纳米线调控电子结构增强的析氢反应

发展高效稳定的析氢反应(HER)是实现电解水技术广泛应用于工业的关键.本文以泡沫镍(NF)为基材,通过水热-热解-电沉积法合成了具有三维高分散非均相的HER催化剂CuAl@Co₂P/NF.研究发现,晶面与非晶面异质结的形成增加了该催化剂自身的活性位点,各元素之间的协同作用使体系内Co原子核外电子重新排布,降低了对吸附H~*的吸附能力,加快了析氢反应过程中的反应动力学.该催化剂在碱性和酸性介质中均表现出良好的HER活性和稳定性,电流密度为10 mA/cm²时的过电势分别为83和27 mV,尤其在碱性环境下连续工作72 h后的电位基本保持不变.     

有序介孔氧化铝的制备及其在丁烯歧化中的应用

采用有机铝源及阴离子模板剂制备了高比表面积、大孔容、窄孔径分布的有序介孔氧化铝(Al₂O₃)载体, 研究了铝源水解速率、模板剂碳链长度以及洗涤介质等因素对有序介孔氧化铝载体合成的影响。实验结果表明,提高铝源水解速率和用乙醇溶剂洗涤Al₂O₃前躯体都有利于Al₂O₃载体形成有序介孔结构,所得Al₂O₃载体的孔径和孔体积随着模板剂碳链长度的增加而增大。分别用有序介孔Al₂O₃和普通介孔Al₂O₃为载体,采用浸渍法负载氧化铼(Re₂O₇)制备了铼基催化剂,并用于评价丁烯歧化合成丙烯的反应性能。实验结果表明,铼基有序介孔催化剂(Re/OMA)的丁烯歧化性能显著优于普通铼基介孔催化剂(Re/MA),丁烯转化率高于50%,丙烯选择性约60%,丙烯收率达30%,催化剂寿命明显延长。     

Ni2P/Cu(OH)2催化剂的制备及其全解水性能研究

通过化学处理法在泡沫铜基底表面生成Cu(OH)₂纳米线,大大增加了基底材料的表面积和导电性.采用水热法在Cu(OH)₂纳米线表面制备片状Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体,对Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体进行低温磷化得到多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的物质结构和表面形貌进行了表征.采用线性伏安法、恒电位等技术对催化剂的电化学性能进行测试.在1.0 mol·L^-1 KOH碱性溶液中,当电流密度为10 mA·cm^-2时,Ni₂P/Cu(OH)₂的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)过电位分别为133和333 mV,且均具有较好的稳定性.将这种多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂分别用作阳极和阴极进行全解水电解,电流密度达到10 ...     

Co-Mo/SiO2-Al2O3润滑油加氢处理催化剂的制备

以Pluronic P₁₂₃作结构导向剂,采用Al （NO₃）₃-NaAlO₂双水解法合成氧化铝,在成胶过程中加入正硅酸乙酯,制备硅质量分数分别为5%、10%、15%的SiO₂-Al₂O₃载体,并通过共浸渍法制备出Co-Mo/SiO₂-Al₂O₃润滑油加氢处理催化剂。通过XRD、N₂吸附-脱附、Py-FTIR、NH₃-TPD、H₂-TPR、TEM和XRF等手段对载体及催化剂的性质进行表征。结果表明,硅质量分数为10%的SiO₂-Al₂O₃具有优良的孔结构、较多的中强酸以及部分有序的介孔结构。以此为载体制备的Co-Mo/10% SiO₂-Al₂O₃催化剂中,MoS₂颗粒均匀地分散在载体上,具有更多的B酸性位和Ⅱ型CoMoS活性相。以减二线蜡油为原料油的固定床活性评价结果表明,生成油中主要组分为链烷烃与环烷烃;尤其Co-Mo/10% SiO₂-Al₂O₃催化剂具有优良的加氢性能,在15 MPa、380℃、氢油比为1000、空速为0.6 h^-1的反应条件下,其HDS和HDN数值均超过99%,产品中S含量小于10 μg/g,N含量小于2 μg/g,可以满足后续异构脱蜡等对原料的要求。     

不同硫源水热合成的MoS2催化剂的形貌和加氢脱氧活性比较研究

分别采用硫脲、L-胱氨酸和硫磺为硫源水热合成了三种MoS₂催化剂,对其结构和形貌特征进行了表征,并以对甲酚为探针化合物,比较研究了三种MoS₂的加氢脱氧（HDO）催化活性。结果表明,硫源对MoS₂晶体结构的影响不大,但对其形貌和比表面积影响较大。与商业MoS₂相比,所制备的MoS₂催化剂都表现出更高的HDO活性;其中,以硫脲为原料合成的MoS₂具有较高的比表面积和花状结构,其催化活性最高,在300℃下进行对甲酚的HDO反应,脱氧度可达99.3%。     

镍氮掺杂有序大孔/介孔碳负载银纳米颗粒用于高效电催化CO2还原

多组分体系中的协同作用为设计高效的二氧化碳还原电催化剂提供了新的思路. 本工作通过双模板法和化学还原法精心设计制备了大孔/介孔镍氮掺杂碳(Ni-N-OMMC)负载银纳米颗粒复合材料(Ag/Ni-N-OMMC), 用于高效电催化还原CO₂为CO. 此复合材料表现出良好的电催化活性, 在CO₂饱和的0.1 mol•L^–1 KHCO₃电解液中, 电位为–1.0 V (相对于可逆氢电极, RHE)时CO的电流密度(J_CO)高达33.29 mA•cm^–2. 并具有较宽的工作电压范围, 在–0.7~–1.0 V (vs. RHE)下, CO的法拉第效率超过90%. 其优异的电催化性能可能归因于Ag纳米颗粒与具有丰富Ni-N _x活性位点的Ni-N-OMMC载体之间的协同效应, 以及三维互联有序大孔/介孔结构提供的高比表面积和高效的质量/电荷传输.     

高比表面积双孔SiO2负载钴基催化剂费托合成反应性能研究

载体的结构可以显著影响钴基费托合成催化剂的活性和产物选择性。大孔结构载体可以改善反应物和产物的传质情况,提升CO转化活性和C₅₊产物选择性;高比表面积载体有利于使负载的金属分散,提高催化剂的金属利用效率和稳定性。然而,要获得同时具备高比表面积和大孔结构特征的载体相对困难。本研究采用结构导向水解法,合成了一种比表面积达1103.2 m²/g的介孔(2.9 nm)-大孔(63.8 nm)双孔二氧化硅(BP-SiO₂)载体,研究了其负载钴催化剂的费托合成反应性能。结果表明,相对规整介孔SBA-15分子筛负载的钴催化剂Co/SBA-15,210℃反应时,催化剂Co/BP-SiO₂的CO转化率提高33.3%,CH₄选择性降低30.1%,C₅₊选择性增加到80.0%,稳定性显著增强。