高熵合金催化剂在氢电转化领域的研究进展

高熵合金(HEA)是由5种或5种以上元素组成的合金,由于其独特性能受到广泛关注,已被应用到各种领域。特别是在氢电转化领域,HEA催化剂已被证实是燃料电池和电解水反应潜在的高性能催化剂。本文系统梳理了近年来国内外有关HEA催化剂的研究进展,不仅重点阐释了HEA催化剂的制备方法,包括碳热冲击法、溅射沉积法、激光合成法、快速移动床热解法、去合金法、超声辅助的湿化学法以及溶剂热法,还介绍了其在氢电转化领域的应用,如甲醇氧化反应、析氢反应、析氧反应和氧还原反应,并对HEA催化剂当前存在的问题和未来发展方向进行了总结和展望,为设计和制备高性能HEA催化剂提供参考。

钛基层状材料在钠离子储能电池中的关键应用

钠元素在地壳中储量丰富,价格低廉,并且具有和锂元素类似的物理化学性质,因而钠离子电池被认为是最有希望商业化的新型储能技术之一。然而,钠离子的半径和质量较大,极大地限制了钠离子的迁移和电化学反应,所以发展新型安全稳定储钠电极材料是提升钠离子电池性能和推动其商业化的关键。在众多的电极材料当中,钛基层状材料具有低价、安全和稳定的特点,是近年来钠离子电池的阴极和阳极材料研究的热点之一。因此,本文综述了钛基层状材料在钠离子电池中的研究现状,包括钛基层状材料作为阳极材料、阴极材料和双极材料等方面,并详细探讨和分析该材料所面临的主要科学问题,最后展望钛基层状材料的未来发展趋势。

PtIr/C合金催化剂的制备及其电催化性能

以碳黑(Vulcan XC 72)为载体,氯铱酸(H2IrCl6.6H2O)和氯铂酸(H2PtCl6.6H2O)为前驱体,聚乙烯基吡咯烷酮(PVP,polyvinylpyrrolidone)为保护剂,首次采用高压氢还原方法制备出PtIr/C合金催化剂,并对其进行不同温度的通H2热处理。运用XRD、TEM和XPS对PtIr/C合金催化剂进行表征。结果表明,Pt与Ir发生合金化,PtIr合金纳米粒子均匀分散在碳黑表面。经400和700℃热处理后,PtIr合金纳米粒子的平均粒径仅从4.46nm长大至4.56和5.58nm,且随着热处理温度的升高,其晶型不断完善。用CO-stripping伏安法,循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)等电化学测试方法测试PtIr/C合金催化剂的电催化性能,发现400℃热处理的PtIr/C合金催化剂,在酸性溶液中对CO氧化的起始电位明显提前,对甲醇氧化具有最高的催化活性。

HF改性的多壁碳纳米管负载Au纳米粒子对甲醇的电催化氧化

利用HF溶液处理20～40 nm的MWCNTs后,负载光化学还原法合成的Au纳米粒子,获得了HF改性的Au/MWCNTs纳米催化剂。TEM图表明Au纳米粒子平均粒径约为4.5 nm,均匀负载在MWCNTs表面。XPS结果表明Au/MWCNTs表面可能存在Au-F配位键。另外,C,F之间易形成共价键。由于这些化学键的相互作用共同导致C,F,Au三者之间的电子效应,改变了Au的电子结构,从而有利于改善Au的负载效果,提高Au/MWCNTs的电催化活性。电化学测试结果表明Au/MWCNTs纳米催化剂对甲醇具有明显的电催化氧化活性和良好的稳定性。

高供体电解质赋予石墨阴离子衍生界面以实现稳定钾储存

石墨负极有望应用于钾离子电池,但受到循环过程中不可控的体积波动和枝晶生长的限制.在此,我们利用酰胺基电解质构建了具有高机械强度和离子电导率的阴离子衍生界面,可有效解决这些问题.酰胺分子的高供体数可以加强溶剂分子与K+的溶剂化作用,确保更多的阴离子进入初级溶剂化鞘层.缩短的溶剂与阴离子距离有利于电子从溶剂化的K+转移到阴离子,进而促进阴离子还原.生成的富含无机物的界面缓冲了充放电过程中的体积变化,抑制了K枝晶的生成,促进了钾离子的扩散.基于此,K//K对称电池以0.15 V的极化电位稳定循环超过2800 h.石墨电极实现了C?KC60?KC48?KC36?KC_(2)4?KC8的高度可逆相变,在循环100周后仍保持了217.6 mA h g-1的高放电容量和86.9%的容量保持率.组装的全电池也表现出52.5 W h kg-1的高能量密度.这项工作突出了界面结构的重要性,并为设计高性能电解质提供了全新策略.