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单原子活化过一硫酸盐性能更好?与金属氧化物耦合可能更高效
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作者 张俊磊 刘文聪 +3 位作者 刘彪 段晓光 敖志敏 朱明山 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期137-148,共12页
单原子催化剂(SAC)作为新一代过一硫酸盐(PMS)非均相活化剂,具有原子利用率高、结构稳定性强等优点,为新兴有机污染物(EOPs)的高效降解提供了新的解决方案.然而,SAC的活性位点密度依然受限于严苛的制备工艺等,而这严重影响PMS的进一步激... 单原子催化剂(SAC)作为新一代过一硫酸盐(PMS)非均相活化剂,具有原子利用率高、结构稳定性强等优点,为新兴有机污染物(EOPs)的高效降解提供了新的解决方案.然而,SAC的活性位点密度依然受限于严苛的制备工艺等,而这严重影响PMS的进一步激活.因此,发展SAC基PMS高级氧化技术的关键之一在于提升SAC的活性位点密度,进而增强PMS活化效率.相比之下,传统的过渡金属氧化物(MOx)作为PMS活化剂,尽管存在金属原子利用率低和金属离子易溶出等问题,但其表面具有丰富的金属活性位点.统筹SAC与MOx的优缺点,本文提出了一种“新-老”结合策略,即将传统MOx与新一代SAC耦合,发展兼具丰富金属活性位点和优良结构稳定性的PMS活化剂,实现PMS的高效活化.本文采用预配位-重结晶-热解路径,结合金属离子源投加量控制,制备了具有金属氧化物与单原子组分的Co_(3)O_(4)@Co1/C_(3)N_(5)复合PMS非均相活化剂,并系统研究了其活化PMS降解EOPs的性能.粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、高角环形暗场扫描透射电子显微镜及X射线吸收谱结果表明,Co_(3)O_(4)@Co1/C_(3)N_(5)由金属氧化物Co_(3)O_(4)和单原子Co1/C_(3)N_(5)组成,并且Co_(3)O_(4)纳米晶体被锚定在Co1/C_(3)N_(5)纳米片表面.在降解典型EOPs双氯芬酸钠(DCF)的过程中,Co_(3)O_(4)@Co1/C_(3)N_(5)活化的PMS体系展现了显著增强的性能.相比基于Co_(3)O_(4)和Co1/C_(3)N_(5)活化的PMS体系,DCF的降解速率分别提高了约28.0倍和2.5倍,证明Co_(3)O_(4)@Co1/C_(3)N_(5)具有显著增强的PMS活化能力.这主要因为Co1/C_(3)N_(5)和Co_(3)O_(4)之间形成的Co1-O(Co_(3)O_(4))和Co-N(Co1/C_(3)N_(5))化学键有效地促进了电荷迁移.结合密度泛函理论计算发现,Co1/C_(3)N_(5)和Co_(3)O_(4)之间的强电子相互作用显著强化了PMS的吸附,降低了PMS分解生成活性物质的能垒.此外,Co_(3)O_(4)@Co1/C_(3)N_(5)具有良好的复杂环境因素(包括pH、共存阴离子以及实际污水等)耐受性和可重复使用性,证明了其在PMS高级氧化体系中的应用潜力.综上,将单原子催化剂与金属氧化物进行耦合,不仅可能优化电子结构,增强活性位点的暴露度,还能通过协同效应,促进反应中间体的稳定和转化,从而提升整体的PMS活化性能.本文研究结果为设计高效催化剂体系提供了参考. 展开更多
关键词 原子催化剂 金属氧化物 协同效应 过一硫酸盐活化 Co_(3)O_(4)@Co1/C_(3)N_(5)
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氮掺杂石墨烯负载金属双原子催化剂对合成气合成C_(2)氧化物性能调控 被引量:2
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作者 常泽海 王宝俊 +1 位作者 凌丽霞 章日光 《化学反应工程与工艺》 CAS 2021年第6期534-547,共14页
负载型金属催化剂的催化性能主要取决于金属活性中心的设计。本工作采用密度泛函理论计算研究了氮掺杂石墨烯(NC)负载不同金属活性中心,即同核双原子(Cu Cu@NC,Rh Rh@NC和Co Co@NC)和异核双原子催化剂(Cu Rh@NC,Rh Co@NC和Cu Co@NC)上... 负载型金属催化剂的催化性能主要取决于金属活性中心的设计。本工作采用密度泛函理论计算研究了氮掺杂石墨烯(NC)负载不同金属活性中心,即同核双原子(Cu Cu@NC,Rh Rh@NC和Co Co@NC)和异核双原子催化剂(Cu Rh@NC,Rh Co@NC和Cu Co@NC)上合成气合成C_(2)氧化物反应。结果表明:6类双原子催化剂均具有较好的稳定性;CH_(x)生成活性顺序为Cu Rh@NC>Rh Co@NC>Cu Co@NC>Cu Cu@NC>Rh Rh@NC>CoCo@NC,CH_(x)生成选择性顺序为RhCo@NC>CoCo@NC>RhRh@NC>CuCo@NC>CuRh@NC>CuCu@NC。进一步,一旦生成有利CH_(x)中间体,CHO插入CH_(x)能够高活性高选择性地生成C_(2)氧化物。综合考虑催化活性和选择性,RhCo@NC是合成气合成C_(2)氧化物的最佳催化剂,Rh抑制甲醇形成,Co促进C—O键断裂生成CH_(x)。Rh和Co协同催化利于CH_(x)生成,并促进C—C链增长生成C_(2)氧化物。电子性质分析表明活性组分适中的电荷转移量有利于提高催化性能。在525 K下,从头算分子动力学(AIMD)模拟显示RhCo@NC催化剂具有高的热稳定性。 展开更多
关键词 合成气 C_(2)氧化物 掺杂石墨烯 金属原子催化剂 密度泛函理论
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双金属氮氧化物-Co单原子复合催化剂协同促进宽pH范围电催化氧气还原
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作者 赵江红 覃宇鹏 +3 位作者 王倩靓 乔泽玉 宣佳琪 周玮 《燃料化学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期693-702,共10页
本论文基于传统聚合物基炭材料合成原理,通过选择合适结构的前驱体分子,在聚合过程中分子水平锚定Co原子,同时引入TiO_(2)纳米颗粒,再经高温焙烧后制得一种双金属氮氧化物(Co_(m)Ti_(n)O_(x)N_(y))-Co单原子(Co-NC)复合催化剂。该催化... 本论文基于传统聚合物基炭材料合成原理,通过选择合适结构的前驱体分子,在聚合过程中分子水平锚定Co原子,同时引入TiO_(2)纳米颗粒,再经高温焙烧后制得一种双金属氮氧化物(Co_(m)Ti_(n)O_(x)N_(y))-Co单原子(Co-NC)复合催化剂。该催化剂在酸性(E_(onset)=0.755 V vs.RHE,0.5 mol/LH_(2)SO_(4);0.760 V vs.RHE,0.1mol/LHClO_(4))、中性(E_(onset)=0.787 V vs.RHE,0.1 mol/L PBS)、碱性(E_(onset)=0.880 V vs.RHE,0.1 mol/L KOH)电解液中的氧气还原(ORR)性能(pH=0-13)均优于纯氮杂碳纳米管、氮杂碳纳米管负载的金属氮氧化物和Co单原子催化剂,表明,Co_(m)Ti_(n)O_(x)N_(y)与Co单原子的协同效应使得复合催化剂具有更好的ORR活性,同时复合催化剂的稳定性和选择性显著优于商品Pt/C催化剂。这为开发高性能低成本氧气还原电催化剂提供了新的思路。 展开更多
关键词 金属氧化物 原子Co-NC 氧气还原反应 协同效应
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单个金或银原子掺杂的氧化钒团簇上的甲烷活化反应 被引量:2
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作者 王丹 丁迅雷 +1 位作者 廖珩璐 戴佳钰 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2019年第9期1005-1013,共9页
运用密度泛函理论系统研究了甲烷在MV3Oyq (M=Au/Ag,y=6–8,q=0或±1)团簇上的吸附和活化。研究得到了吸附体系的微观几何构型、吸附能、电荷分布等性质,找到了5个可以明显活化甲烷分子的含Au团簇。在这些体系中,Au均吸附在基底团簇... 运用密度泛函理论系统研究了甲烷在MV3Oyq (M=Au/Ag,y=6–8,q=0或±1)团簇上的吸附和活化。研究得到了吸附体系的微观几何构型、吸附能、电荷分布等性质,找到了5个可以明显活化甲烷分子的含Au团簇。在这些体系中,Au均吸附在基底团簇V3Oyq的O位置,而CH4均在Au原子上被活化。团簇电荷对活化能力有明显影响,阳离子团簇的活化能力最强,中性体系次之,阴离子团簇的活化能力很弱。测试计算表明引入D3色散矫正对于体系结构和能量的计算结果影响不大。本文作为单原子催化剂上甲烷吸附和活化反应的团簇模型研究,为进一步研究单原子催化剂上甲烷的活化机理提供了基础,也为合理设计低温下甲烷转化的单原子催化剂提供了有益的线索。 展开更多
关键词 甲烷活化 金属氧化物团簇 金属 原子催化 密度泛函理论
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高效单原子催化剂Ce&Co/CN改性微生物燃料电池阴极用于实际废水处理
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作者 陈振宇 姚佳敏 +1 位作者 柳丽芬 李渤海 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期996-1001,共6页
采用煅烧法由尿素、金属盐制备出双金属掺杂Ce&Co/g-C_(3)N_(4)单原子催化剂。用PVDF粘结到铜片载体上形成电极,以此电极构建耦合生物产电和电催化的微生物燃料电池及二级串联连续处理含盐有机胺废水的体系。结果表明,在此微生物燃... 采用煅烧法由尿素、金属盐制备出双金属掺杂Ce&Co/g-C_(3)N_(4)单原子催化剂。用PVDF粘结到铜片载体上形成电极,以此电极构建耦合生物产电和电催化的微生物燃料电池及二级串联连续处理含盐有机胺废水的体系。结果表明,在此微生物燃料电池体系中(阴极光照、单级水力停留时间8 h),经两级反应器处理后,COD总去除率为95.1%,TN总去除率为85.8%。计算得出催化剂COD去除能力是53.46 kg/(kg·d)。 展开更多
关键词 原子催化 金属掺杂 难降解废水 微生物燃料电池
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层状金属氢氧化物中铁位点辅助分散铂纳米颗粒用于高效甲醇氧化
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作者 孟庆成 金林薄 +4 位作者 马梦泽 高学庆 陈爱兵 周道金 孙晓明 《电化学》 CAS 北大核心 2023年第2期39-47,共9页
高活性和耐用性的甲醇氧化电催化剂对于直接甲醇燃料电池的商业可行性至关重要,然而,目前的甲醇氧化电催化剂与预期相去甚远,存在贵金属用量过多、活性平庸、衰减快等问题。在这里,我们报告了锚定在镍铁层状金属氢氧化物(NiFe-LDHs)表... 高活性和耐用性的甲醇氧化电催化剂对于直接甲醇燃料电池的商业可行性至关重要,然而,目前的甲醇氧化电催化剂与预期相去甚远,存在贵金属用量过多、活性平庸、衰减快等问题。在这里,我们报告了锚定在镍铁层状金属氢氧化物(NiFe-LDHs)表面Pt纳米颗粒复合材料,用于在碱性介质中稳定电催化甲醇氧化。基于Pt纳米颗粒的高固有甲醇氧化活性,与商业Pt/C催化剂相比,基底材料NiFe-LDHs在200,000 s循环测试后进一步增强了Pt的抗中毒能力和稳定性。NiFe-LDHs层板上单原子分散的Fe作为锚定位点将Pt纳米颗粒均匀分散在其表面,进一步充分利用了层状金属氢氧化物表面丰富的OH基团,促进邻近Pt位点上毒化中间体的氧化去除。这项工作突出了NiFeLDH在提高甲醇氧化反应整体效率方面的特殊性,为其他甲醇氧化电催化的设计和应用提供了指导。 展开更多
关键词 层状金属氧化物 甲醇氧化 原子 Pt电催化剂
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数据驱动方法揭示单原子掺杂金红石氧化物在甲烷活化过程中的活性位点 被引量:1
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作者 卫奋飞 葛冰青 +3 位作者 董佩佩 万强 胡茜茜 林森 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期1231-1242,共12页
金属氧化物通常用于甲烷的活化和转化,但总是受到过度氧化的影响.引入单原子是解决这一难题的一种有吸引力的方法,但掺杂单原子的实际作用仍存在争议.因此,开发性能描述符来预测掺杂表面上不同位点之间的反应性至关重要.在这项工作中,... 金属氧化物通常用于甲烷的活化和转化,但总是受到过度氧化的影响.引入单原子是解决这一难题的一种有吸引力的方法,但掺杂单原子的实际作用仍存在争议.因此,开发性能描述符来预测掺杂表面上不同位点之间的反应性至关重要.在这项工作中,采用单原子(D_(guest),D=Ti,V,Cr,Mn,Nb,Mo,Ru,Rh,Ta,Re,Os,Ir,Pt,Si,Ge和Sn)掺杂的金红石型金属氧化物(MO_(2),M=Ru,Rh,Ir,Pt,Mo)作为模型催化剂,利用密度泛函理论计算和数据驱动方法研究了甲烷在不同表面位点上的活化情况,并阐明了此类掺杂表面的实际活性位点.利用机器学习方法,从特征组合描述符的大空间中获得了多维描述符,从而可以统一预测D_(guest)和M_(host)上活化CH_(4)的能垒,而不受过渡态计算的影响.最后,MO_(2)上客体位点对选择性氧化的调节作用得到了证实.我们的工作证明了掺杂剂在催化过程中的复杂作用,所开发的描述符有助于确定活化能,为基于金红石氧化物的催化剂提供潜在的选择性氧化位点. 展开更多
关键词 金属氧化物 原子 选择性氧化 过度氧化 特征组合 描述符 数据驱动方法 催化过程
原文传递
氮掺杂石墨烯负载过渡金属催化CO_(2)RR的DFT研究
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作者 刘海龙 周震 程平 《广州化学》 CAS 2023年第5期62-66,I0004,共6页
设计了氮掺杂石墨烯负载四种过渡金属单原子催化剂用于CO_(2)RR(金属为Cu、Rh、Ir、Mn),考虑了5种氮配位(N_(1)、N_(2-1)、N_(2-2)、N_(3)和N_(4)),并通过第一性原理研究反应机理。自由能曲线显示Ir-N_(4)具有-0.323e V的低极限电位,通... 设计了氮掺杂石墨烯负载四种过渡金属单原子催化剂用于CO_(2)RR(金属为Cu、Rh、Ir、Mn),考虑了5种氮配位(N_(1)、N_(2-1)、N_(2-2)、N_(3)和N_(4)),并通过第一性原理研究反应机理。自由能曲线显示Ir-N_(4)具有-0.323e V的低极限电位,通过增加缺陷改性的Rh-N_(4)的CO_(2)RR性能也得到了改善。进一步通过Ir-N_(4)和Rh-N_(4)的差分电荷和态密度曲线分析吸附中间体COOH和金属原子之间的电荷转移和键合状态,发现金属原子和COOH之间的强烈相互作用形成了共价键,从而降低反应的总能量。本研究为设计高效的单原子CO_(2)RR催化剂提供了理论参考。 展开更多
关键词 掺杂石墨烯 CO_(2)RR 过渡金属 DFT 原子催化剂
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Fe/Co/Ni-N共掺杂石墨烯氧还原反应活性的DFT研究
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作者 马俊杰 宁锴 +4 位作者 王婷 刘建峰 袁斌霞 潘卫国 施正荣 《原子与分子物理学报》 北大核心 2024年第3期85-90,共6页
为了研究Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯的氧还原反应(ORR)活性,比较单金属原子和氮不同的掺杂方式对石墨烯ORR活性的影响.利用Materials Studio软件建立了Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯模型,然后将氧气分子分别吸附在Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯模型表面上.采... 为了研究Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯的氧还原反应(ORR)活性,比较单金属原子和氮不同的掺杂方式对石墨烯ORR活性的影响.利用Materials Studio软件建立了Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯模型,然后将氧气分子分别吸附在Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯模型表面上.采用CASTEP模块对构建的模型进行结构优化并模拟计算,分析了Fe/Co/Ni-N掺杂石墨烯的吸附能、脱附能和导电性变化规律.基于模拟计算,发现单金属原子掺杂石墨烯时,Fe掺杂石墨烯的ORR活性优于Co和Ni;单金属原子和氮共掺杂石墨烯时,Fe-N掺杂石墨烯的ORR活性高于Co-N和Ni-N掺杂石墨烯,且M-N4-G形态的ORR活性优于M-N1-G、M-N2-G和M-N3-G. 展开更多
关键词 金属原子 掺杂 石墨烯 氧还原反应 DFT模拟
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Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂的制备及析氧反应性能研究
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作者 黄楚蓉 岳鑫 《材料研究与应用》 CAS 2024年第2期235-240,共6页
氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应(OER)作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属... 氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应(OER)作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物(AB_(2)O_(4))具有特殊的电子结构和优异的OER性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂Mn-Co_(3)O_(4),研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co_(3)O_(4)的OER催化性能。制备的Mn-Co_(3)O_(4)催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA·cm^(-2)下,其过电位分别为270和335 mV。Mn-Co_(3)O_(4)同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV·dec^(-1)。此外,Mn-Co_(3)O_(4)还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA·cm^(-2)下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路。 展开更多
关键词 尖晶石氧化物 Co_(3)O_(4) Mn原子掺杂 一步水热法 阳极析氧反应 非贵金属电催化剂 催化活性 稳定性
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甲烷选择氧化单原子催化剂的研究进展 被引量:3
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作者 申恒芳 李文翠 +3 位作者 蔡佳芯 秦汉颖 张航 赵震 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期309-337,共29页
单原子催化剂在原子利用率卓越、配位环境具有可调谐性等方面表现出独特优势.其独特的原子结构通过诱导甲烷中C–H键的静电极化显著降低活化能.稳定中间体并防止反应产物的过度氧化,加速了甲烷在温和条件下的反应速率.本文综述了近年来... 单原子催化剂在原子利用率卓越、配位环境具有可调谐性等方面表现出独特优势.其独特的原子结构通过诱导甲烷中C–H键的静电极化显著降低活化能.稳定中间体并防止反应产物的过度氧化,加速了甲烷在温和条件下的反应速率.本文综述了近年来单原子催化剂在甲烷低温液相条件下直接选择性氧化为C1~C2含氧化合物方面的研究进展.具体讨论了不同载体(碳基材料、分子筛、金属氧化物、金属有机框架)上呈原子级分散型活性位点催化剂的设计及制备方法、活化甲烷的反应机理和载体与催化性能之间的构效关系.最后,简单讨论了各类原子级分散型催化剂在甲烷选择氧化反应中的优势与挑战,并对单原子催化剂的发展进行了展望. 展开更多
关键词 原子催化剂 甲烷选择氧化 碳基材料 分子筛 金属氧化物 金属有机框架
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原子层沉积:一种多相催化剂“自下而上”气相制备新策略(英文) 被引量:6
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作者 王恒伟 路军岭 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1334-1357,共24页
多相催化剂是极为重要的一类催化剂,在许多重要工业反应中扮演关键角色。然而,传统的湿化学合成手段在很多情况下难以做到对催化剂活性位点的结构、组成以及其周围局部环境的原子级精细调控,继而给优化催化剂性能、理解多相催化机理带... 多相催化剂是极为重要的一类催化剂,在许多重要工业反应中扮演关键角色。然而,传统的湿化学合成手段在很多情况下难以做到对催化剂活性位点的结构、组成以及其周围局部环境的原子级精细调控,继而给优化催化剂性能、理解多相催化机理带来较大的挑战。原子层沉积(ALD)是一种气相催化剂合成技术,其原理是基于两种前驱体蒸汽交替进样并在载体表面上发生分子层面上的"自限制"反应,实现目标材料在载体表面上的精准沉积。利用其分子层面上的"自限制"反应特性,并通过改变沉积周期数、次序和种类等方法可以实现对催化剂活性位结构的原子级精细控制,进而为人们提供了一种催化剂"自下而上"精细可控合成的新策略。在本文中,我们总结了利用ALD方法在负载型单金属和双金属催化剂精细设计方面的进展,讨论了ALD方法在设计高效催化剂方面的特点与优势。特别地,我们总结了利用ALD方法制备单原子和双原子结构金属催化剂的方法与策略。此外,我们总结了利用氧化物可控沉积精准调控金属催化活性中心周围的微环境,从而实现提升催化剂活性、选择性和稳定性的方法。最后我们展望了ALD技术在催化剂制备领域中应用的潜力。 展开更多
关键词 原子层沉积 负载型金属催化剂 “自下而上”合成 原子催化剂 原子催化剂 金属氧化物界面 限域效应
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可充锌空气电池非贵金属阴极催化剂研究进展 被引量:3
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作者 安亚苹 刘淑芝 张梅 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期36-39,共4页
针对不同催化剂体系下可充锌空气电池的研究情况和发展问题进行了综述。可充锌空气电池的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)速度缓慢,限制了它们的大规模应用。目前对可充锌空气电池的研究主要集中在非贵金属阴极催化剂上,以杂原子掺杂... 针对不同催化剂体系下可充锌空气电池的研究情况和发展问题进行了综述。可充锌空气电池的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)速度缓慢,限制了它们的大规模应用。目前对可充锌空气电池的研究主要集中在非贵金属阴极催化剂上,以杂原子掺杂碳材料、过渡金属氧化物以及过渡金属硫化物为代表。最后对非贵金属阴极催化剂研究提出了展望。 展开更多
关键词 可充锌空气电池 非贵金属催化剂 原子掺杂碳材料 过渡金属氧化物 过渡金属硫化物
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CO氧化反应催化剂的研究进展
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作者 白鸽 《材料化学前沿》 2022年第2期36-42,共7页
本文主要讨论了用于CO催化氧化反应的催化剂,从金属氧化物催化剂,贵金属催化剂和单原子催化剂三个方面进行介绍。金属氧化物催化剂对CO氧化反应有一定的催化活性,但催化活性不高;相比于金属氧化物催化剂,贵金属催化剂的催化活性更好,但... 本文主要讨论了用于CO催化氧化反应的催化剂,从金属氧化物催化剂,贵金属催化剂和单原子催化剂三个方面进行介绍。金属氧化物催化剂对CO氧化反应有一定的催化活性,但催化活性不高;相比于金属氧化物催化剂,贵金属催化剂的催化活性更好,但金属利用率不高,造成资源浪费;单原子催化剂的出现有效地解决了上述问题,为CO氧化反应的高效进行提供了基础。 展开更多
关键词 CO氧化 金属氧化物催化剂 金属催化剂 原子催化剂
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Single atom doping induced charge-specific distribution of Cu1-TiO_(2) for selective aniline oxidation via a new mechanism
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作者 Jiaheng Qin Wantong Zhao +6 位作者 Jie Song Nan Luo Zheng-Lan Ma Baojun Wang Jiantai Ma Riguang Zhang Yu Long 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第9期98-111,共14页
Utilizing single atom sites doping into metal oxides to modulate their intrinsic active sites,achieving precise selectivity control in complex organic reactions,is a highly desirable yet challenging endeavor.Meanwhile... Utilizing single atom sites doping into metal oxides to modulate their intrinsic active sites,achieving precise selectivity control in complex organic reactions,is a highly desirable yet challenging endeavor.Meanwhile,identifying the active site also represents a significant obstacle,primarily due to the intricate electronic environment of single atom site doped metal oxide.Herein,a single atom Cu doped TiO_(2)catalyst(Cu_(1)-TiO_(2)) is prepared via a simple“colloid-acid treatment”strategy,which switches aniline oxidation selectivity of TiO_(2) from azoxybenzene to nitrosobenzene,without using additives or changing solvent,while other metal or nonmetal doped TiO_(2) did not possess.Comprehensive mechanistic investigations and DFT calculations unveil that Ti-O active site is responsible for triggering the aniline to form a new PhNOH intermediate,two PhNOH condense to azoxybenzene over TiO_(2) catalyst.As for Cu_(1)-TiO_(2),the charge-specific distribution between the isolated Cu and TiO_(2) generates unique Cu_(1)-O-Ti hybridization structure with nine catalytic active sites,eight of them make PhNOH take place spontaneous dissociation to produce nitrosobenzene.This work not only unveils a new mechanistic pathway featuring the PhNOH intermediate in aniline oxidation for the first time but also presents a novel approach for constructing single-atom doped metal oxides and exploring their intricate active sites. 展开更多
关键词 Single atom doped metal oxide Aniline oxidation Selectivity New mechanism Active site
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非金属杂原子掺杂对锂离子电池硬碳负极改性研究进展 被引量:2
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作者 高小彤 张王震 +3 位作者 曹永安 肖煜芃 张博 王文举 《能源研究与利用》 2023年第3期25-31,共7页
动力型锂离子电池是当今主流的能源存储与转化器件,具备着能量密度高、循环寿命长、环境友好等特性。硬碳负极具有更大的层间距和更为丰富的孔隙结构,弥补了石墨负极电解液兼容性和低温倍率性能等方面的不足,但存在振实密度和首次库伦... 动力型锂离子电池是当今主流的能源存储与转化器件,具备着能量密度高、循环寿命长、环境友好等特性。硬碳负极具有更大的层间距和更为丰富的孔隙结构,弥补了石墨负极电解液兼容性和低温倍率性能等方面的不足,但存在振实密度和首次库伦效率较低等缺点,整体性能较差。杂原子掺杂改性通过提高电子电导率、增强表面润湿性、赝电容贡献以及多元素共掺杂的协同作用方式有效改善了硬碳负极材料的电化学性能。本文在概述杂原子掺杂制备方法的基础上,综述了近年来针对锂离子电池硬碳负极材料杂原子掺杂改性的研究进展,包括非金属杂原子单掺杂、多原子共掺杂机理和应用,并对未来发展做出了展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 硬碳负极 金属原子 掺杂 掺杂
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高性能碳基储能材料的设计、合成与应用 被引量:10
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作者 王晓波 赵青山 +4 位作者 程智年 张浩然 胡涵 王路海 吴明铂 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2660-2677,共18页
电化学储能器件的性能很大程度上决定于其电极材料。碳材料具有来源广泛、化学稳定性好、易于调控、环境友好等优点,被广泛应用于各类能量存储系统,但仍存在能量密度低、倍率性能差等问题。本文从碳材料孔结构调控、杂原子掺杂、与金属... 电化学储能器件的性能很大程度上决定于其电极材料。碳材料具有来源广泛、化学稳定性好、易于调控、环境友好等优点,被广泛应用于各类能量存储系统,但仍存在能量密度低、倍率性能差等问题。本文从碳材料孔结构调控、杂原子掺杂、与金属氧化物复合三个角度,综述了构建高性能碳基储能材料的设计合成策略,介绍了其在锂/钠离子二次电池、超级电容器等领域的研究进展,对几种方法策略的优缺点进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。本文对高性能碳基储能电极材料的设计开发具有积极意义。 展开更多
关键词 碳基材料 储能电极材料 孔结构调控 原子掺杂 金属氧化物
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石墨烯基多功能复合材料的制备研究进展
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作者 周芳灵 程霞 +1 位作者 陈国红 段红珍 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期47-50,共4页
从石墨烯/金属(氧化物)复合材料、石墨烯/导电聚合物复合材料、石墨烯/杂原子掺杂复合材料、石墨烯/碳纳米管复合材料,以及多元化石墨烯复合材料这几个方面对石墨烯复合材料的制备方法进行了综述,并对石墨烯复合材料的发展前景进行展望。
关键词 石墨烯 金属(氧化物) 导电聚合物 原子掺杂 碳纳米管
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MOF衍生的单原子催化剂中γN原子在ORR反应中的远程作用及其调制机制 被引量:2
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作者 邢浩然 Muhammad Arif +3 位作者 何光裕 肖海 陈银娟 陈海群 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期3200-3212,共13页
燃料电池的发展有助于促进“双碳”目标的早日实现,但其阴极氧还原反应(ORR)的多步质电耦合传输机制导致其动力学过程缓慢.目前,金属有机框架材料衍生的单原子催化剂(SACs)因具有较高的ORR催化活性而被认为是一种优势燃料电池阴极材料.... 燃料电池的发展有助于促进“双碳”目标的早日实现,但其阴极氧还原反应(ORR)的多步质电耦合传输机制导致其动力学过程缓慢.目前,金属有机框架材料衍生的单原子催化剂(SACs)因具有较高的ORR催化活性而被认为是一种优势燃料电池阴极材料.然而,由于SACs活性位点的外层结构难以精确表征,因此相关催化反应机制尚不明确.鉴于此,本研究着眼第三配位层γN原子对其邻近βC原子位点和活性金属中心的双重影响开展了深入研究.结果表明,不同位置和数量的γN掺杂会改变Fe–N_(4)/C–γN_(x)结构中被取代C位点的电子结构,从而影响邻近金属中心的βC原子电荷分布.同时,这些变化还将通过长程效应间接影响金属中心的电子分布及自旋,从而增强4e−反应路径的ORR性能.更重要的是,电负性增强的βC原子更容易吸附OH基团,因此使得γN掺杂的Fe–N_(4)/C–γN_(x)具备更加优异的碱性环境ORR理论性能.基于以上结果,我们还发现γN调制的βC辅助ORR路径具有比常规4e−反应路径更低的过电势.本研究针对决速步的波函数分析促进了从电子层次对该反应作用机制的理解,揭示了该类单原子催化剂中γN位点精确设计和表征的重要意义. 展开更多
关键词 原子催化剂 反应路径 配位层 N掺杂 燃料电池 金属有机框架材料 电负性 阴极材料
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Brookhaven国家实验室设计可提高碳氧键断开速率的铂基催化剂
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作者 张伟清(摘译) 《石油炼制与化工》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期23-23,共1页
美国纽约州Brookhaven国家实验室的科学家设计了一种由表面铂浓度很低(单原子和小于1 nm的原子簇)的二氧化钛组成的催化剂,并演示了这种催化剂如何显著提高特定碳氧键的断开速率,从而将植物衍生物(糠醇)转化为潜在的生物燃料(2-甲基呋喃... 美国纽约州Brookhaven国家实验室的科学家设计了一种由表面铂浓度很低(单原子和小于1 nm的原子簇)的二氧化钛组成的催化剂,并演示了这种催化剂如何显著提高特定碳氧键的断开速率,从而将植物衍生物(糠醇)转化为潜在的生物燃料(2-甲基呋喃)。在2020年3月23日发表于《Nature Catalysis》上的一篇论文中描述了其设计策略,可以设计稳定、有效且具有选择性的催化剂。该催化剂基于负载在金属氧化物上的多种金属,用于催化以生物质衍生分子为原料生产化学品和燃料的反应过程。 展开更多
关键词 原子 原子 美国纽约州 金属氧化物 碳氧键 铂基催化剂 生物燃料 氧化
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