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“绿氢”工业化碱性催化剂研究现状及未来展望 被引量:6
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作者 徐斯然 吴奇 +3 位作者 卢帮安 唐堂 张佳楠 胡劲松 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2023年第2期38-63,共26页
电解水制氢技术的发展对于加快实现全球碳中和目标具有重要意义。然而,碱性介质中缓慢的析氢/析氧反应动力学过程目前是阻碍该技术发展的瓶颈问题。基于此,本文首先综述了碱性环境下析氢反应与析氧反应不同的动力学理论机制,总结了针对... 电解水制氢技术的发展对于加快实现全球碳中和目标具有重要意义。然而,碱性介质中缓慢的析氢/析氧反应动力学过程目前是阻碍该技术发展的瓶颈问题。基于此,本文首先综述了碱性环境下析氢反应与析氧反应不同的动力学理论机制,总结了针对改善动力学反应过程的理论设计策略。随后,介绍了目前电解水催化剂的设计理念及方向。对新兴的“绿氢”技术而言,探索在高电流密度下高性能电催化剂对这项技术在工业化应用推广中起着核心作用。同时,大规模合成策略是辅助合成工业电极的关键技术。进一步,我们在推进“绿氢”工业化应用的基础上总结了目前常用三种电解槽,介绍了目前电解槽设计的局限性及对应解决方案。总之,深入研究适用于碱性环境中的工业电催化剂、商业膜或电解槽的设计,提高对工业设计原则的理解,对于获得效率更高、安全性更高、实用性更强的工业电解槽具有重要意义。 展开更多
关键词 碱性介质 “绿氢” 电解水 析氢反应 析氧反应 工业电极 电解槽
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高活性和耐久性非铂氧还原催化剂的研究进展 被引量:1
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作者 李渊 陈妙迎 +1 位作者 卢帮安 张佳楠 《电化学》 CAS 北大核心 2023年第1期3-18,共16页
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)阴极氧还原反应(ORR)动力学迟缓,需要消耗大量的贵金属催化剂,这限制了其商业化应用。目前,原子级分散的M-N-C (M=Fe,Co,Mn等)催化剂受到人们青睐,有望替代铂催化剂。在过去的几十年里,M-N-C催化剂取得了很... 质子交换膜燃料电池(PEMFCs)阴极氧还原反应(ORR)动力学迟缓,需要消耗大量的贵金属催化剂,这限制了其商业化应用。目前,原子级分散的M-N-C (M=Fe,Co,Mn等)催化剂受到人们青睐,有望替代铂催化剂。在过去的几十年里,M-N-C催化剂取得了很大的进步,具有优异的ORR活性,而且燃料电池初始性能有希望接近传统的Pt/C催化剂。然而,这些高活性的Fe-N-C催化剂在燃料电池实际工作条件下的稳定性比较差。这篇综述总结了在高效氧还原M-N-C催化剂方面的最近进展,主要概述了作者课题组在限域策略和自旋调控方面的贡献。此外,我们还总结了几种提高活性的有效方法以及近期的关于揭示M-N-C催化剂的降解机制的认识,如金属浸出、碳腐蚀、质子化和微孔淹没都会造成催化剂降解。为改善M-N-C催化剂的寿命,我们概括了文献中的缓解策略,包括控制催化剂中S1/S2位点、使用非铁基催化剂、增强金属氮键、改善碳载体的耐腐蚀性和使用质子缓冲液等。最后,提出了目前原子级分散的M-N-C催化剂的存在的挑战和可能的解决方案。 展开更多
关键词 非贵金属催化剂 限域策略 自旋调控 降解机理 缓解策略
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碱性Al-H_2O_2半燃料电池Au/Ni阴极性能研究 被引量:3
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作者 陈书礼 卢帮安 +2 位作者 刘瑶 王贵领 曹殿学 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期222-226,共5页
以泡沫镍为基体,AuCl3为沉积液,应用快速自沉积法制备了泡沫镍负载的纳米Au/Ni电极.电化学方法测定AuCl3溶液的浓度和沉积时间对Au粒子的尺寸和分布以及以该电极作为Al-H2O2半燃料电池阴极对H2O2性能的影响.实验表明,泡沫镍经2mmol·... 以泡沫镍为基体,AuCl3为沉积液,应用快速自沉积法制备了泡沫镍负载的纳米Au/Ni电极.电化学方法测定AuCl3溶液的浓度和沉积时间对Au粒子的尺寸和分布以及以该电极作为Al-H2O2半燃料电池阴极对H2O2性能的影响.实验表明,泡沫镍经2mmol·L-1AuCl3溶液浸渍60s后,其表面完全被粒径小于100nm的Au粒子覆盖;以其为阴极的Al-H2O2半燃料电池,在0.4mol·L-1H2O2溶液中峰值功率达135mW·cm-2. 展开更多
关键词 纳米金 过氧化氢电还原 阴极 金属半燃料电池
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High activity and durability of carbon-supported core-shell PtPx@Pt/C catalyst for oxygen reduction reaction 被引量:3
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作者 Wei-Ze Li Bang-An Lu +7 位作者 Lin Gan Na Tian Peng-Yang Zhang Wei Yan Wei-Xin Chen You-Hu Chen Zhi-You Zhou Shi-Gang Sun 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第12期2173-2180,共8页
Alloying Pt with transition metals can significantly improve the catalytic properties for the oxygen reduction reaction(ORR).However,the application of Pt-transition metal alloys in fuel cells is largely limited by po... Alloying Pt with transition metals can significantly improve the catalytic properties for the oxygen reduction reaction(ORR).However,the application of Pt-transition metal alloys in fuel cells is largely limited by poor long-term durability because transition metals can easily leach.In this study,we developed a nonmetallic doping approach and prepared a P-doped Pt catalyst with excellent durability for the ORR.Carbon-supported core-shell nanoparticles with a P-doped Pt core and Pt shell(denoted as PtPx@Pt/C)were synthesized via heat-treatment phosphorization of commercial Pt/C,followed by acid etching.Compositional analysis using electron energy loss spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy clearly demonstrated that Pt was enriched in the near-surface region(approximately 1 nm)of the carbon-supported core-shell nanoparticles.Owning to P doping,the ORR specific activity and mass activity of the PtP_(1.4)@Pt/C catalyst were as high as 0.62 mA cm^(–2)and 0.31 mAμgPt–^(1),respectively,at 0.90 V,and they were enhanced by 2.8 and 2.1 times,respectively,in comparison with the Pt/C catalyst.More importantly,PtP_(1.4)@Pt/C exhibited superior stability with negligible mass activity loss(6%after 30000 potential cycles and 25%after 90000 potential cycles),while Pt/C lost 46%mass activity after 30000 potential cycles.The high ORR activity and durability were mainly attributed to the core-shell nanostructure,the electronic structure effect,and the resistance of Pt nanoparticles against aggregation,which originated from the enhanced ability of the PtP_(1.4)@Pt to anchor to the carbon support.This study provides a new approach for constructing nonmetal-doped Pt-based catalysts with excellent activity and durability for the ORR. 展开更多
关键词 Oxygen reduction reaction Nonmetallic doping Phosphorization Core-shell nanostructure DURABILITY
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