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相似文献
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1.
质子交换膜燃料电池(PEMFC)因能量转化率高、 污染小、 工作温度低、 启动速度快而被广泛应用. Nafion系列膜成本高、 结构特性模糊, 阻碍了质子传导性能的进一步提高和对传导机理的精确理解. 因此开发具有结构明确、 传导路径清晰的高质子传导率的晶态材料对于燃料电池领域具有重要意义. 本文利用有机配体5-羟基间苯二甲酸作为模板诱导[Mo2S2O2]2+阳离子, 自组装成一种多核多氧硫钼酸盐簇[N(CH3)4]2H2· [(Mo2S2O2)8(OH)16(C8O5H4)2]·22H2O(Mo16). 该化合物清晰明确的结构和结构中存在的密集氢键网络可用于进行质子传导性能的研究. 交流阻抗测试结果表明, Mo16在宽温度范围内具有较高的质子传导性能. 在97%湿度(RH), 85 ℃条件下其质子传导率可达1.9×10-2 S/cm, 表明该化合物具有作为高效质子导体的良好前景.  相似文献   

2.
以喷雾干燥微球化处理的偏钨酸铵作为前驱体,CO/H2为碳化还原气源,应用固定床气固反应法制备碳化钨(WC)粉体,再以聚四氟乙烯作粘结剂制成碳化钨电极.应用XRD和SEM等表征、观察碳化钨样品,循环伏安和线性扫描法研究硫酸电解液中WC电极的氧还原电催化行为.检测表明,WC为球状颗粒;WC电极对氧还原反应具有较好的电催化活性,硫酸溶液中溶解氧还原反应控制步骤为吸附态(O2-)ads的生成;增加硫酸电解液浓度,开路电位正移,升高温度有利于反应进行.  相似文献   

3.
聚血红素修饰电极上氧还原的电催化研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
白燕  阮湘元  莫金垣 《催化学报》2001,22(3):255-258
 采用循环伏安法和电位阶跃法,研究了水溶液中溶解氧在聚血红素修饰电极上还原反应的电催化作用.结果表明,还原峰电流随扫描速度的增大而增强,Ip~v1/2呈线性关系.根据电位阶跃实验的I~t曲线,计算出电极反应的电子转移数约为2,推断其催化机理属于ECE催化过程.  相似文献   

4.
MnO_2电极上氧还原的电催化机理   总被引:6,自引:0,他引:6  
研究了MnO2 催化氧还原的电催化性质 ,通过比较MnO2 的自还原和催化氧还原的相关性 ,结合极化曲线分析和中间产物检测 ,提出了氧在MnO2 上电催化机理 .根据这一机理 ,MnO2 首先还原为MnOOH ,随之氧的还原通过化学氧化MnOOH ,两者协同进行 .依此导出的极化曲线形式能够较好地解决实验中观测到的动力学特征  相似文献   

5.
在358K下用200ml/min的空气氧化碱性悬浮液合成了MFe_2O_(4+δ)(δ≥0,M=Fe、Co、Ni、Mn),并在573K下用40ml/min的H_2还原MFe_2O_(4+δ)制备了氧缺位铁酸盐MFe_2O_(4-δ)(δ>0)。用XRD、Mssbauer谱等测试方法对铁酸盐的结构进行了表征,考察了铁酸盐的组成及第二金属组分(Co、Ni、Mn)对铁酸盐还原性能的影响。在H_2还原3h内,铁酸盐氧缺位程度随还原时间增加而增大,晶格常数也相应增大;5h以上,铁酸盐将被还原为MO-FeO或α-Fe,晶格常数几乎不变。按Fe、Co、Ni、Mn顺序,MO与FeO的相互作用能力、MO-FeO固溶体的稳定性及铁酸盐还原为MO-FeO的能力均增强,MO-FeO进一步还原为α-Fe的能力却减弱。  相似文献   

6.
利用溶剂热法,在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中共同还原乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和乙酰丙酮铜(Cu(acac)2)制备PtCu八面体合金催化剂. PtCu2八面体表现出明显的晶格收缩、较高比例的非氧化态Pt单质和较高的电子结合能,进而表现出较弱的含氧物种吸附强度和较低的d 带中心位置. 系统研究结构导向剂对PtCu合金形貌影响. 在半电池测试中,由于PtCu2具有均匀分散的规则八面体形貌结构,导致在0.9 V vs. RHE处氧还原(ORR)的质量比活性和面积比活性分别是Pt/C(JM)的6.3和27.2倍,并在加速衰减测试后其ORR的质量比活性仍达到Pt/C(JM)的4.5倍.  相似文献   

7.
汤婕  唐有根  刘东任 《催化学报》2006,27(6):501-505
 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.  相似文献   

8.
纳米碳管电极上氧的电催化还原   总被引:5,自引:0,他引:5  
以聚四氟乙烯为粘结剂制成了多壁纳米碳管(MWNT)电极.采用恒电位阶跃法和循环伏安法研究了MWNT电极在碱性溶液中的电化学行为,并对碱性溶液中溶解氧在该电极上的电化学还原行为进行了研究.实验结果表明: MWNT电极具有比石墨电极更高的孔隙率和电化学表面积;MWNT电极上O2还原成的反应为准可逆过程;在5~50 mV•s-1的扫描速率范围内,阴极峰电流与扫描速度成线性关系,表明MWNT电极上O2还原成的反应受吸附控制;对碱性溶液中的氧还原反应, MWNT比石墨具有更高的催化活性.  相似文献   

9.
10.
李亚男  霍丽华  左霞  高山  赵辉  江舟  陈耐生  黄金陵 《应用化学》2009,26(12):1471-1475
在玻碳电极上采用吸附法制备了四溴代酞菁钴(CoPcBr4)、酞菁钴(CoPc)和四-α-(2,2,4-三甲基-3-戊氧基)酞菁钴(CoPc(OC8H17)4)修饰电极。利用循环伏安法和线性扫描伏安法研究了修饰电极在酸性介质中对分子氧的电催化还原,比较了不同取代基的酞菁钴对电催化性质的影响。结果表明,它们对分子氧还原均具有良好的电催化活性,其中酞菁钴和四-α-(2,2,4-三甲基-3-戊氧基)酞菁钴对O2的催化是2电子还原生成H2O2,与裸电极相比,O2的还原峰电位分别向正方向移动了0.33和0.48 V。而四溴代酞菁钴修饰电极在-0.1和-0.7 V附近产生的2个还原峰,说明它催化O2到H2O2的还原以后还可以促进H2O2继续还原到H2O,最终实现O2的4电子还原。  相似文献   

11.
Metal-free carbon electrocatalyts for the oxygen reduction reaction (ORR) are attractive for their high activity and economic advantages. However, the origin of the activity has never been clearly elucidated in a systematic manner. Halogen group elements are good candidates for elucidating the effect, although it has been a difficult task due to safety issues. In this report, we demonstrate the synthesis of Cl-, Br- and I-doped reduced graphene oxide through two solution phase syntheses. We have evaluated the effectiveness of doping and performed electrochemical measurements of the ORR activity on these halogenated graphene materials. Our results suggest that the high electroneg-ativity of the dopant is not the key factor for high ORR activity; both Br- and I-doped graphene promoted ORR more efficiently than Cl-doped graphene. Furthermore, an unexpected sulfur-doping in acidic conditions suggests that a high level of sulfide can degrade the ORR activity of the graphene material.  相似文献   

12.
A series of transition metal coordinated framework porphyrin was evaluated regarding the electrocatalytic oxygen reduction reactivity for an optimized selection of the coordinated metal ion.  相似文献   

13.
An electrocatalytic system that utilizes tungsten oxide modified carbon-supported RuSex nanoparticles is developed and characterized here using transmission electron microscopy and such electrochemical diagnostic techniques as cyclic voltammetry and rotating ring-disk voltammetry, as well as upon its introduction (as cathode) to the low-temperature hydrogen–oxygen fuel cell. After the modification of RuSex catalytic centers with ultra-thin films of WO3, the potential of oxygen reduction in 0.5 mol dm−3 H2SO4 (in the absence and presence of methanol) is shifted ca. 70 mV (under rotating disk voltammetric conditions) towards more positive values, and the percent formation (at ring) of the undesirable hydrogen peroxide has decreased approximately twice when compared to the WO3-free system. Relative to bare electrocatalyst, an increase of power density from 75 to 100 mW cm−2 (at 300 mA cm−2) has been observed upon utilization of WO3-modified RuSex in polymer electrolyte membrane fuel cell at 80 °C. In comparison to Vulcan-supported Pt nanoparticles, the overall electrocatalytic performance of tungsten oxide modified carbon-supported RuSex nanoparticles is lower, but the latter system is practically insensitive to the presence of methanol even at 0.5 mol dm−3 level. Dedicated to Professor Dr. Algirdas Vaskelis on the occassion of his 70th birthday.  相似文献   

14.
Developing low-cost and high performance catalysts to replace precious metal based catalysts for oxygen reduction reaction(ORR) is one of the most feasible ways to promote the commercial application of fuel cells.In this work,flower-like CoS and octahedral CoS_2 are synthesized by a facile one-pot hydrothermal method without any adjunction of surfactants or follow-up thermolysis,their catalytic performance towards ORR in alkaline electrolyte are comparatively investigated.The results reveal that CoS_2 outperforms CoS owing to the higher electron density around S-S bond of S_22- in the crystal structure,which promotes the adsorption of oxygen on catalyst surface and facilitates the breakage of O-O bond in oxygen,leading to direct 4-electron transfer ORR.When CoS_2 particles are dispersed on the surface of rGO with large surface area,their ORR performance could be further improved.  相似文献   

15.
氮掺杂纳米碳块的制备及氧还原的高电化学催化活性   总被引:1,自引:0,他引:1  
面对全球化的能源危机,燃料电池由于其高效性和可重复使用性成为越来越具有潜力的能量转化设备.阴极发生的氧气还原反应对于燃料电池的性能十分重要,寻找高效的氧还原催化剂在很大程度上可以提高燃料电池的性能.传统的氧还原催化剂是贵金属铂,但是铂的价格十分高,较差的稳定性和选择性限制了它的商业化应用,因此找到一种廉价高效的非贵金属氧还原催化剂来代替铂基催化剂成为目前的研究热点.我们最近发现将纯的三羟甲基氨基甲烷置于管式炉中在800°C下真空烧制2 h,可以简单快捷地得到一种含 N量为4.11%的纳米碳块(标记为 NCNBs-800),该材料可用于催化电化学氧气还原反应.同样情况下在700和900°C下合成的材料标记为 NCNBs-700和 NCNBs-900.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和电化学旋转圆盘方法与技术对催化剂的成分、形貌和电催化性能进行了表征. SEM表明 NCNBs-800为直径为60 nm的碳块,用 FTIR手段表征了 NCNBs-800的结构变化,三羟甲基氨基甲烷中的–OH和–NH2在高温下发生消去反应,形成了饱和度不同的 C–N键和 C–C键.这些饱和度不同的 N原子和 C原子增加了材料的缺陷结构和活性位点,进一步促进了氧还原反应的催化性能.采用 XPS分析了 NCNBs-800表面的元素,通过对 N 1s进行分峰拟合,发现 NCNBs-800含有能促进氧还原性能的吡啶-N和吡咯-N,特别是吡啶-N,它吸电子的能力很强,从而导致与它邻近的 C原子表面具有一定的正电荷,这些正电荷促进了氧气的吸附和还原,为氧气还原反应提供活性位点,促进氧气还原反应的发生. XRD结果表明,三羟甲基氨基甲烷热解前后的 XRD谱图有明显变化,热解后的三羟甲基氨基甲烷呈现两个宽峰,代表着杂化碳的存在. NCNBs-800的衍射峰强度比 NCNBs-700以及 NCNBs-900大,但是宽度则比 NCNBs-700以及 NCNBs-900小,这表明800°C有利于材料的石墨烯化及碳化过程.电化学阻抗可以表明修饰电极的表面性质,阻抗图中高频处半圆的直径大小代表电子转移阻力,低频处的线性部分代表扩散过程.阻抗数据表明, NCNBs-800的电荷转移电阻可与 Pt/C催化剂相比,但是比裸露的玻碳电极小.这表明 NCNBs-800有较好的导电性和电化学性质. CV曲线表明 NCNBs-800氧还原的起始电位是-0.05 V (vs Ag/AgCl),氧气的还原电位是0.20 V (vs Ag/AgCl),说明 NCNBs-800具有良好的电化学催化性能.旋转环盘电极仪测得的氧还原极化曲线表明,在-0.3 to-0.8 V下的 NCNBs-800氧还原的电子转移数为3.4,过氧化氢产率为52%-35%,表明 NCNBs-800呈现一个提高的四电子过程.稳定性对于燃料电池氧气还原反应也是一个十分重要的性能,通过计时电流技术在电压为-0.2 V下对 NCNBs-800与 Pt/C进行了稳定性测试.结果表明,在2500 s之后 NCNBs-800相对于它的最初催化活性损失为17.56%,而 Pt/C损失了30.71%,从而说明 NCNBs-800的稳定性优于 Pt/C.总之,我们通过一步热解的简易技术制备了一种氮掺杂纳米碳材料,该碳材料具有廉价、高效和容易制备等特点,具有良好的电化学催化性能,有望在燃料电池氧化还原反应中得到大规模应用.  相似文献   

16.
燃料电池可以在接近室温条件下将氢或烃类中蕴含的巨大化学能通过电化学途径直接转化为清洁、稳定、可持续的电能,因而被视为极有前景的、能够满足日益增长的世界能源需求的终极解决方案之一.在一个典型的氢燃料电池中,氢在正极氧化而氧在负极还原,从动力学角度说,氧还原反应(ORR)比氢氧化反应进行的慢得多.无论是在酸性还是碱性条件下,氧的还原都可以一个四电子过程或是两个双电子过程进行,当然在酸性和碱性环境中反应的机理不同.铂一直是最有效的ORR催化剂,但受到价格昂贵、稳定性差和易中毒等因素的制约,目前非铂催化剂成为越来越引人瞩目的发展方向.本综述试图从分子催化剂、金属纳米材料催化剂、金属氧化物催化剂和新兴的二维材料催化剂等方面,选取近十年来最能代表ORR电化学催化剂方面成就的例子分析其优缺点,并为今后该领域的研究提供一些有益的思路.典型的分子催化剂是卟啉类化合物,当这种四齿的N4配体与过渡金属特别是铁、钴络合时,往往显示出良好的ORR催化性能,多数情况下其中的过渡金属中心、配体和碳支撑体系共同组成催化剂的活性中心.在另一些报道中,邻菲罗啉或是连吡啶型N2化合物也可以作为配体使用.第四和第五副族的很多金属形成的不同价态的氧化物都具有氧还原活性,比如MnOx,CoOx,TiOx,ZrOx,IrOx等.金属氧化物表现出易于修饰,不容易团聚和抗腐蚀等诸多优点,而其良好的ORR性能与表面的缺陷密切相关,因此钙钛矿型氧化物ABOx也引起人们的广泛关注,人们可以通过调节氧化物的晶型、尺寸和组成来获得更好的催化性能.近年来随着液相合成技术的发展,人们可以制备出理想形状和尺寸的单分散纳米粒子,然后通过旋涂、自组装等手段将其修饰到合适的电极上以获得增强性能的ORR催化剂.通过形状与尺寸调控,或组合成其它复杂的纳米结构,都有可能提高催化活性或是稳定性,因此有关纳米催化剂的研究日趋增多.在此基础上,考虑到石墨烯的可修饰性和良好的电化学性能,纳米材料复合石墨烯所形成的二维或三维结构也可提供很好的氧还原催化性能,而MoS2代替石墨烯作为支撑物所构成的二维催化剂也是值得注意的研究方向.综上所述,尽管现有的非铂催化剂仍难以完全满足商业化的要求,设计理念和合成方法的快速发展有望在不远的将来解决这一难题.而设计合成可控尺寸、形状、组成和表面形貌的纳米催化剂在很大程度上将加速这一进程.  相似文献   

17.
The generation of molecular active species on the surface of nano-materials has become promising routes to produce efficient electrocatalysts. Development of cost-effective catalysts with high performances for oxygen reduction reaction (ORR) is an important challenge for fuel cell and metal-air battery applications. In this work, we report a novel hybrid produced by room-temperature solution processes using Ni-based organometallic molecules and N-doped graphene-based materials. Chemical and structural characterizations reveal that Ni-containing species are well-dispersed on the surface of graphene network as molecular entity. The hybrid shows excellent electrocatalytic performances for ORR in basic medium with an onset potential of 0.87 V (vs. RHE), superior durability and good methanol tolerance.  相似文献   

18.
Cathode catalysts for direct alcohol fuel cells (DAFCs) must have high catalytic activity for the oxy‐gen reduction reaction (ORR), low cost, and high tolerance to the presence of methanol or ethanol. Pt is the benchmark catalyst for this application owing to its excellent electrocatalytic activity, but its high cost and low tolerance to the organic fuel permeating through the membrane have hindered the commercialization of DAFCs. Herein we present a facile synthesis route to obtain organic fuel‐tolerant Zr‐ and Ta‐based catalysts supported on carbon. This method consists of a simple precipitation of metal precursors followed by a heat treatment. X‐ray diffraction analyses confirmed that the obtained samples were crystalline ZrO2?x and Na2Ta8O21?x having crystallite sizes of 26 and 32 nm, respectively. The thermal treatment effectively increased the activity of the catalysts to‐wards the ORR, although further optimization is necessary. Both catalysts exhibited a high tolerance to the presence of methanol with only a moderate reduction in ORR activity even at high methanol concentration (0.5 mol/L).  相似文献   

19.
20.
《中国化学快报》2021,32(9):2833-2836
We report the fabrication of highly ordered Nb2O5 nanochannel film (Nb2O5-NCF) onto niobium foil by an anodization method. After thermal treatment, the obtained Nb2O5-NCF with rich oxygen vacancies exhibits electrochemical N2 reduction reaction (NRR) activity with an NH3 yield rate of 2.52 × 10−10 mol cm-2 s-1 and a faradaic efficiency of 9.81% at −0.4 V (vs. RHE) in 0.1 mol/L Na2SO4 electrolyte (pH 3.2). During electrocatalytic NRR, the Nb2O5-NCF takes place electrochromism (EC), along with a crystalline phase transformation from pseudo hexagonal phase to hexagonal phase owing to H+ insertion. This results in the reduced NRR activity due to the decrease of oxygen vacancies of hexagonal phase Nb2O5, which can be readily regenerated by low-temperature thermal treatment or applying an anodic potential, showing superior recycling reproducibility.  相似文献   

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