Sm_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3阴极氧还原动力学

利用极化、交流阻抗技术考察了担载于La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3(LSGM)电解质上的Sm0.5Sr0.5CoO3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(SSC-LSGMC5)复合阴极的氧还原反应动力学.在SSC-LSGMC5阴极氧还原反应的阻抗谱中可以观察到明显的两个半圆.高频环的电导与氧分压无关,低频环的电导正比于氧分压的0.5次方.并且低频环的氧分压级数随着反应温度的降低而减小,可能对应于吸附氧原子的扩散过程.SSC-LSGMC5极化曲线与经典的Butler-Volmer方程吻合.阴、阳极的电荷转移系数均为1左右,交换电流密度的氧分压级数为1/4,对应于电荷转移过程.实验结果显示SSC-LSGMC5上的氧还原反应机制随反应条件的不同而发生变化.     

高性能Sm0.5Sr0.5CoO3阴极的制备与表征

用固相合成法合成了Sm0.5Sr0.5CoO3 (SSC)中温固体氧化物燃料电池阴极材料.以La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O3为电解质,利用多种技术考察了不同温度(1173～1373 K)焙烧的SSC阴极,以及1173 K 焙烧、掺杂La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)或La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.09Co0.11O3 (LSGMC11)高氧离子电导材料的复合SSC阴极.SEM的结果显示,随着电极焙烧温度的增加,电极的颗粒度增大,孔隙度减小；LSGMC5、LSGMC11的掺杂对电极微观结构影响不大.交流阻抗和极化实验的结果表明,SSC电极的活性随电极焙烧温度的增加而减小,电极的最佳焙烧温度在1173 K左右；掺杂了LSGMC5或LSGMC11的复合SSC电极的活性以及稳定性显著高于SSC电极.     

用湿化学法制备Sm0.5Sr0.5CoO3-La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3复合阴极及其性能表征

用湿化学法制备了Sm0.5Sr0.5CoO3(SSC)－La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.15Co0.05O3(LSGMC5)中温固体氧化物燃料电池复合阴极材料，其中SSC用甘氨酸－硝酸盐法合成，LSGMC5用柠檬酸盐法合成。XRD结果表明，甘氨酸－硝酸盐法制备的SSC在焙烧温度大于1223K即表现为单一的钙钛矿结构。随焙烧温度的升高，SSC粉末颗粒增大,导致含有高温烧结SSC的电极与电解质界面结合变差。采用多种技术考察了利用不同温度（1173－1373K）预烧的SSC粉末制备的SSC-LSGMC5阴极上进行的氧还原反应。结果表明，SSC-LSGMC5复合电极的性能显著依赖于电极中SSC粉末的预烧温度，当SSC粉末焙烧温度在1223K附近时，具有最小的欧姆电阻以及氧还原反应极化电阻，1A· cm-2电流密度下的极化过电位为0.077 V。     

Sm0.5Sr0.5Co1-xCuxO3-δ阴极材料的合成与性能研究

采用尿素-硝酸盐法制备了Sm0.5Sr0.5Co1-xCuxO3-δ(x=0～0.5)阴极材料.用TG-DSC,SEM,XRD和热膨胀仪对材料的形成过程、晶体结构、烧结体的微观结构及热膨胀性能进行了表征.用直流四端子法测试材料在500～800℃范围内的电导率.结果表明,制备样品的主晶相为正交钙钛矿结构,体系含有杂相;电导率随温度和Cu含量的变化关系表现为,x≤0.2时的样品随温度升高电导率降低,x≥0.3时随温度升高电导率增大,组成为x=0.2的样品电导率最高,500℃达到703.1 S·cm-1.材料的热膨胀系数随掺杂的Cu含量增加而降低.     

Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3 (M=Co,Mn, Fe)作为IT-SOFCs阴极的结构与性能

通过X射线衍射(XRD)、热重、热膨胀、电导率以及交流阻抗等测试方法, 研究了Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3(M=Co, Mn, Fe; 分别简写为SSCC, SSCM, SSCF)作为中低温固体氧化物燃料电池(IT-SOFCs)阴极的结构与性能. 研究表明, 固相法合成的Sm0.5Sr0.5Co0.4M0.6O3均为正交钙钛矿型结构, 材料的结构参数和性能都与M元素半径及M—O的键能有关. 晶胞参数随着Co、Mn、Fe的顺序增大.材料的氧空位浓度、热膨胀系数、电导率、电极催化活性随着Co、Fe、Mn的顺序降低. 同时由于SSCM较低的氧空位浓度, 使得电极反应受到氧在电极内的扩散过程控制, 具有较差的电极催化性能, 而SSCC和SSCF较高的氧空位浓度, 电极反应同时受到电极表面氧还原反应和氧离子在电极中的扩散过程混合控制. 由于SSCF具有较高的氧扩散系数, 使得700 ℃以上SSCF电极表面氧还原电阻(ASR)也低于SSCC的, 因而出现了SSCF的总电极催化活性高于SSCC的现象.     

复合掺杂氧化物La0.5Sr0.5CoO2.91的性能和稳定性

采用固相反应法和柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法（简称柠檬酸法）合成了La0.5Sr0.5CoO2．91（LSC）复合氧化物。借助XRD和SEM对不同制备方法合成粉体的晶体结构和晶粒形貌进行了研究。结果表明：固相反应法可制得均一钙钛矿结构的LSC氧化物，柠檬酸法除制得LSC氧化物外，还有LaSrCoO4相的生成。柠檬酸-硝酸盐溶胶-凝胶低温自蔓延燃烧法合成粉体的粒度相对较小。为研究以Ce0．9Gd0.1O1．95（GDC）为电解质的固体氧化物燃料电池阴极材料的性能，将LSC粉体与GDC粉体按6：4（质量比）制备了固体氧化物燃料电池（SOFC）的阴极片。在空气气氛下使用直流四探针法研究了烧结样品300～800℃的电导率，发现由柠檬酸法得到粉体制备的阴极片的电导率值较高。将制备的样品置于马弗炉中800℃条件下烧结800h，比较失效前后电导率的变化情况，并借助XRD，SEM等测试手段分析样品电导率变化的原因。分析发现，失效后两种样品的电导率值都有所降低，且样品中都有新相生成，晶体形貌有较大的变化。     

La0.5-xNdxBa0.5CoO3化合物的磁性和输运特性

在La0.5-xNdxBa0.5CoO3化合物中用Nd对La进行了替代研究，结果表明，Nd的掺入未改变Co3d电子的巡游性。随Nd含量增大，材料的分子磁矩单调下降，当Nd含量大于或等于0.45时，材料中出现了磁性相分离，当x≤0.45时，随Ｎd含量增加，材料的居里温度单调下降，这是由于稀土离子的尺寸效应。电阻测量表明，在所研究的温度范围内，在居里点以下，材料属热扩散导电，在居里点以上属极化子的变程跳跃导电。     

La0.5Ba0.5CoO3中Y的替代效应

用固相反应法制备了La0.5Ba0.5CoO3多晶材料，系统研究了Y的替代对材料磁性和输运特性的影响，结果发现，Y的掺入主要产生了两种效应，一是Y向Co的3d轨道产生了电荷转移，使分子磁矩下降，二是出现了Co离子的反铁磁交换作用，当Y含量少于或等于0.3时，材料中出现了自旋的非共线结构。当Y含量大于0.3时，材料从铁磁态为主转变为反铁磁态为主，对不同Y含量的材料，其导电机制都属于极化子的变程跳跃导电，随Y含量增加，材料电经迅速增大。     

导电聚苯胺／MnO2空气阴极氧还原动力学

采用动电位扫描、交流阻抗技术研究了导电聚苯胺/MnO2复合阴极上氧还原反应动力学.动电位扫描表明氧在该复合阴极上还原的极化曲线服从Butler-Volmer公式,表观标准活化能为184.9 kJ/mol,反应为电化学步骤控制;交流阻抗谱观察到氧阴极还原由3个明显的线圈组成,表明氧阴极还原分3步进行,第1个圆弧随过电位的增大而显著减小,表明第1步电荷转移过程的确为氧还原反应的速率控制步骤;导电聚苯胺的高比表面积与MnO2的多微毛细管结构使氧在该复合电极上还原变得容易.     

阴极催化剂Sm1.5Sr0.5MO4 (M＝Ni, Co, Fe)在低温常压下合成氨

利用溶胶—凝胶法制备了复合氧化物Sm1.5Sr0.5MO4 (M＝Ni, Co, Fe)(SSM),并利用XRD和SEM等对样品进行表征。用Nafion膜作电解质、以SSM作为阴极、Ni-SDC金属陶瓷为阳极、银-铂网做集流体组成单电池,在温度为25℃～100℃的低温常压下以干燥氮气和湿的氢气为原料进行电化学合成氨气测定,同时研究了影响氨合成的关键因素,确定了合适的工作温度,实验结果表明,最高氨产率可达到1.05×10-8mol·s-1·cm-2。     

Electrochemical characteristics of La0.6Sr0.4CoO3-δ, Pr0.6Sr0.4CoO3-δ and Gd0.6Sr0.4CoO3-δ on Ce0.85Sm0.15O1.925 electrolyte

Cyclic voltammetry, chronoamperometry and electro-chemical impedance have been used for the analysis of the following medium temperature half-cells: Ce_0.85Sm_0.15O_1.925| La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ, Ce_0.85Sm_0.15O_1.925| Pr_0.6Sr_0.4CoO_3-δ and Ce_0.85Sm_0.15O_1.925| Gd_0.6Sr_0.4CoO_3-δ. The influence of the atomic mass of the A–site cation in the perovskite cathode on the oxygen reduction kinetics has been discussed. The total polarisation resistance, obtained from the Z′′, Z′-plots, increases with the rise of atomic mass of the cation in the A-site position. Two different time constants have been obtained for the oxygen electroreduction process, and the replacement of La³⁺ by Gd³⁺ in the cathode material decreases somewhat the surface catalytic activity, but the noticeably higher low-frequency series resistance, i.e. mainly diffusion-like mass transfer resistance, values have been obtained. However, the mainly diffusion-limited process at T≤773 K for Gd_0.6Sr_0.4CoO_3-δ and the kinetically mixed process (diffusion + charge transfer) for Pr_0.6Sr_0.4CoO_3-δ and La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ have been established. At higher temperature (T≥993 K) and more negative potentials, the O₂ reduction process is limited mainly by the heterogeneous charge transfer step. Presented at the fourth Baltic Conference on Electrochemistry, Greifswald, March 13–16, 2005.     

Sm0.5Sr0.5Co1−xNixO3−δ—A Novel Bifunctional Electrocatalyst for Oxygen Reduction/Evolution Reactions

The development of non-precious metal catalysts with excellent bifunctional activities is significant for air–metal batteries. ABO₃-type perovskite oxides can improve their catalytic activity and electronic conductivity by doping transition metal elements at B sites. Here, we develop a novel Sm_0.5Sr_0.5Co_1−xNi_xO_3−δ (SSCN) nanofiber-structured electrocatalyst. In 0.1 M KOH electrolyte solution, Sm_0.5Sr_0.5Co_0.8Ni_0.2O_3−δ (SSCN82) with the optimal Co: Ni molar ratio exhibits good electrocatalytic activity for OER/ORR, affording a low onset potential of 1.39 V, a slight Tafel slope of 123.8 mV dec⁻¹, and a current density of 6.01 mA cm⁻² at 1.8 V, and the ORR reaction process was four-electron reaction pathway. Combining the morphological characteristic of SSCN nanofibers with the synergistic effect of cobalt and nickel with a suitable molar ratio is beneficial to improving the catalytic activity of SSCN perovskite oxides. SSCN82 exhibits good bi-functional catalytic performance and electrochemical double-layer capacitance.     

MgH2+20%(w)MgTiO3复合材料的吸/放氢性能

为了降低MgH₂的吸放氢温度, 提高其吸放氢动力学性能, 本文通过球磨方法制备了MgH₂+20%(w)MgTiO₃复合储氢材料, 并研究了其储氢性能. X射线衍射(XRD)结果表明, MgTiO₃在与MgH₂球磨过程中生成Mg₂TiO₄和TiO₂, 并且Mg₂TiO₄和TiO₂在体系的吸放氢过程中保持稳定, 能够对MgH₂的吸放氢过程产生催化作用. 程序升温脱附和吸/放氢动力学测试结果表明, 添加MgTiO₃后MgH₂的初始放氢温度从389 ℃降至249 ℃.150 ℃下的吸氢量从0.977%(w)提高到2.902%(w), 350 ℃下的放氢量从2.319%(w)提高到3.653%(w). 同时, MgH₂放氢反应的活化能从116 kJ·mol^-1降至95.7 kJ·mol^-1. 与MgH₂相比, MgH₂+20%(w) MgTiO₃复合材料的热力学与动力学性能均有显著提高, 这主要是由于球磨和放氢过程中原位生成的TiO₂和Mg₂TiO₄具有良好的催化活性.     

偏硼酸锶催化剂光催化还原CO2合成CH4

采用溶胶-凝胶法制备出偏硼酸锶(SrB₂O₄)光催化剂. 紫外光催化还原CO₂合成CH₄(在液相水中)的实验证明: SrB₂O₄催化剂的光催化活性略高于TiO₂(P25). 利用X射线电子衍射谱(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光(PL)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射吸收光谱等技术, 研究了SrB₂O₄ 催化剂的晶体结构、形貌和能带结构. 结果表明: SrB₂O₄ 的价带为2.07 V (vs normalhydrogen electrode (NHE)), 低于(H₂O/H⁺)的氧化还原电位E_redox^o (0.82 V (vs NHE)); 而导带为-1.47 V (vsNHE), 高于(CO₂/CH₄)的氧化还原电位E_redox^o (-0.24 V (vs NHE)). 因此, SrB₂O₄催化剂可以有效地光催化还原CO₂生成CH₄. 与TiO₂(P25)相比, SrB₂O₄催化剂具有相对较高导带, 光生电子的还原能力强于TiO₂(P25), 更有利于CH₄的生成, 从而决定了SrB₂O₄催化剂光催化还原CO₂合成CH₄具有较高的光催化活性.     

Pd-Cu/γ-Al2O3催化苯乙炔选择性加氢反应

为了提高苯乙炔加氢反应中的苯乙烯选择性, 本文采用“胶体-等体积浸渍”两步法制备了Pd-Cu/γ-Al₂O₃双金属催化剂. 利用高分辨率透射电镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)、CO脉冲化学吸附、N2物理吸附、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等技术表征了Pd-Cu/γ-Al₂O₃的结构性质, 考察了Cu/Pd 摩尔比、Pd负载量以及金属引入顺序对Pd-Cu/γ-Al₂O₃催化苯乙炔选择性加氢性能的影响. 结果表明, 与Pd/γ-Al₂O₃单金属催化剂相比, Pd-Cu/γ-Al₂O₃的苯乙烯选择性大幅度提高, 尤其是当Pd负载量为0.3%(w), 且Cu/Pd摩尔比为0.6时, Pd-Cu/γ-Al₂O₃表现出优异的加氢选择性; 在0.1 MPa和40 ℃下, 当苯乙炔转化率为90%时, 双金属催化剂的苯乙烯选择性可达95%; 当转化率达到99%以上时, 苯乙烯选择性仍保持在82%左右. 分析表明, Pd-Cu/γ-Al₂O₃中形成了Pd-Cu合金, 但是两种金属间不存在电子转移, Cu对Pd的几何效应才是导致Pd-Cu/γ-Al₂O₃苯乙烯选择性增加的主要原因.     

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法, 设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe₂O₃@TiO₂). 透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe₂O₃@TiO₂样品具备分级多孔结构, 这是因为HP-Fe₂O₃@TiO₂的内核-Fe₂O₃具有大孔空隙, 同时外壳-TiO₂具有介孔空隙. 此外, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe₂O₃@TiO₂的结构及其性质. 分别在可见及紫外光照下, 研究了样品在H₂O₂体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质. 所观察到的HP-Fe₂O₃@TiO₂纳米球的光催化性能, 可归因于核-壳结构的协同作用, 这进一步表明, TiO₂外壳对α-Fe₂O₃的光催化活性有重要影响作用. 在可见光照射下, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (1 mL Ti(OC₄H₉)₄ (TBT))具有较优异的光催化活性. 同时, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (4mL TBT)具备优异的单分散形貌, 并在紫外光照射下, 表现出最优的光催化活性.     

Li3V2(PO4)3/C的P123辅助流变相法制备及电化学性能

以V₂O₅、NH₄H₂PO₄、LiOH、柠檬酸、三嵌段聚合物表面活性剂P123为原料, 用流变相(RPR)法制备了Li₃V₂(PO₄)₃/C正极材料. 用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等方法表征, 结果表明: 材料为单一纯相的单斜晶体结构, 颗粒均匀并呈现珊瑚结构; 恒流充放电, 循环伏安(CV)及电化学交流阻抗(EIS)等电化学性能测试表明, 采用P123 辅助合成材料电化学性能明显优于未采用P123 辅助合成材料. 3.0-4.3 V放电区间, 0.1C充放电下P123 辅助合成Li₃V₂(PO₄)₃/C材料首次放电比容量为129.8 mAh·g^-1, 经过50 次循环后容量只衰减0.9%; 倍率性能及循环性能优异, 1C、10C、25C的首次放电比容量分别为128.2、121.3、109.1 mAh·g^-1, 50次循环后容量保持率分别为99.1%, 96.9%, 90.7%. 这归因于三嵌段聚合物P123 作为分散剂的同时也作为有机碳源在颗粒表面及间隙形成碳网络, 有利于材料导电率的改善, 降低了其电荷转移阻抗, 减小了电极充放电过程的极化现象.     

ZnO/In2O3复合空心球的制备及其光电催化葡萄糖降解性能

通过葡萄糖协助的水热以及随后的退火处理两步法成功制备了系列ZnO/In₂O₃复合空心球. X射线衍射谱(XRD)表明, 经500 ℃退火制得的ZnO/In₂O₃复合空心球中ZnO以非晶态存在, 但是随着退火温度的提高, 其逐渐转变为纤锌矿结构. 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射显微镜(TEM)结果表明, ZnO/In₂O₃复合材料具有空心球结构, 复合纳米颗粒之间结合紧密. 将ZnO/In₂O₃复合空心球组装成薄膜光电极, 研究了其光电催化降解葡萄糖的性能. 结果表明, 700 ℃退火处理的ZnO/In₂O₃复合空心球薄膜电极可产生最高的光致电流密度. 通过光致发光光谱(PL)发现, 与ZnO或In₂O₃空心球相比, ZnO/In₂O₃复合空心球的发光强度猝灭效果明显. 这是由于复合材料中晶界处产生的p-n结电场, 降低了光生电子-空穴对的复合几率, 从而使更多的光生电子可迁移到电极表面.