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金属纳米晶体电催化剂的电化学合成:原理、应用与挑战
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作者 赵路甜 郭杨格 +3 位作者 罗柳轩 闫晓晖 沈水云 章俊良 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1-6,共6页
金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶... 金属纳米晶体催化剂由于其独特的电子性质,在电化学能源转化反应中表现出优异的催化性能。为了提升催化剂的活性和耐久性,需要精确调控其晶体结构和形貌。然而,传统的制备方法往往需要严苛的条件,如高温、高压和特定的有机物,以控制晶体的生成和生长过程。这限制了能够合成的金属基催化剂的种类,并导致清洗复杂和有机物残留的问题。电化学方法通过电化学响应获取体系过程信息,并可以通过调控参数来调节晶体的生长。特别是非水体系的电化学方法为活泼的过渡金属催化剂提供了可行的途径。然而,电化学方法自身对体系变化的敏感性使得从小面积电极制备催化剂扩展到电极级别的催化层制备面临挑战。这涉及许多机理和方法上的变化,对相关研究提出了较大的挑战。本文基于晶体生长机理,探讨了电化学制备金属晶体的可行性,并综述了电化学沉积制备纳米级金属电催化剂的研究。最后,对电化学制备纳米级金属晶体催化剂面临的挑战进行了分析,并提出了实现更广泛应用的建议。通过电化学方法制备金属纳米晶体催化剂在提高制备的可控性、减少有机物残留等方面具有潜在的优势,但也需要克服相关技术和方法上的难题,以实现其在能源转化等领域的应用。 展开更多
关键词 电化学能量转化反应 纳米金属电催化剂 高催化性能 电化学合成 晶体生长机理
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车用燃料电池电堆关键技术研究现状 被引量:6
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作者 章俊良 程明 +5 位作者 罗夏爽 李慧媛 罗柳轩 程晓静 闫晓晖 沈水云 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-28,共28页
“双碳”政策大大推动了氢能的发展,而燃料电池作为氢能利用的最佳方式,迎来了新一轮的研究与产业热潮,尤其是商业化较为成熟的车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)引发了众多关注。膜电极(MEA)和双极板(BPP)是PEMFC电堆的两大核心部件,决定... “双碳”政策大大推动了氢能的发展,而燃料电池作为氢能利用的最佳方式,迎来了新一轮的研究与产业热潮,尤其是商业化较为成熟的车用质子交换膜燃料电池(PEMFC)引发了众多关注。膜电极(MEA)和双极板(BPP)是PEMFC电堆的两大核心部件,决定了电堆的性能和成本。水热管理和低温启动技术对于电堆性能的实现和实际应用的推广也起到了至关重要的作用。本文全面深入地阐述了车用PEMFC膜电极、双极板、水热管理、低温启动等技术对电堆性能、寿命和成本的影响规律,进一步指出各项技术的发展趋势。除此之外,车用燃料电池的商业化应用短期将围绕公共交通以及重型商用车等大型车辆开展,而乘用车对电堆的功率密度和成本提出了更高的要求。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池(PEMFC) 膜电极(MEA) 双极板(BPP) 水热管理 低温启动技术 电堆性能 电堆成本 功率密度
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Pt-Cu合金纳米枝晶的合成及其氧还原催化性能(英文) 被引量:1
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作者 罗柳轩 魏光华 +4 位作者 沈水云 朱凤鹃 柯长春 闫晓晖 章俊良 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期733-739,共7页
纳米材料的结构和化学成分对其催化性能的显著影响已经得到验证.因此,本文通过一种简易的蚀刻方法,合成出具有均匀合金结构且尺寸和形貌均一的Pt-Cu纳米枝晶(NDs)作为高效氧还原(ORR)催化剂.其树枝状形貌的形成得益于由Br-/O2氧化蚀刻... 纳米材料的结构和化学成分对其催化性能的显著影响已经得到验证.因此,本文通过一种简易的蚀刻方法,合成出具有均匀合金结构且尺寸和形貌均一的Pt-Cu纳米枝晶(NDs)作为高效氧还原(ORR)催化剂.其树枝状形貌的形成得益于由Br-/O2氧化蚀刻剂引起的蚀刻效应.通过改变Pt/Cu前驱体的比例可以容易地调节Pt-Cu NDs的Pt/Cu原子比,而不会使其树枝状形貌发生改变.活性最高的碳载Pt1Cu1NDs(Pt1Cu1NDs/C)的面积比活性为1.17 mA·cm-2@0.9V(vs.RHE),约为商业Pt/C的5.32倍.此外,Pt1Cu1NDs/C还具有卓越的电化学耐久性,即使在经过加速衰减实验的12000个电势循环后仍保持其优异的ORR催化活性.Pt1Cu1NDs/C优异的ORR催化活性和电化学耐久性得益于由其合金结构和枝晶形貌产生的电子效应和结构效应. 展开更多
关键词 合金 电催化剂 纳米枝晶 氧还原
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单原子层Pd壳的Pt_3Ni纳米立方体的甲酸氧化性能(英文) 被引量:1
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作者 罗柳轩 沈水云 +1 位作者 朱凤鹃 章俊良 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2016年第1期337-342,共6页
通过一种结合了CO辅助合成Pt_3Ni纳米立方粒子和单原子层Cu壳欠电位沉积再置换为Pd的方法,成功制备出了具有单原子层Pd壳和Pt_3Ni纳米立方粒子核结构的Pt_3Ni@Pd/C催化剂。电感耦合等离子体元素分析、X射线衍射和透射电子显微镜法被用... 通过一种结合了CO辅助合成Pt_3Ni纳米立方粒子和单原子层Cu壳欠电位沉积再置换为Pd的方法,成功制备出了具有单原子层Pd壳和Pt_3Ni纳米立方粒子核结构的Pt_3Ni@Pd/C催化剂。电感耦合等离子体元素分析、X射线衍射和透射电子显微镜法被用于研究表征此种Pt_3Ni@Pd/C催化剂,结果显示大部分Pt_3Ni纳米粒子的表面都由{100}族的晶面所构成。而且在这些{100}族的晶面上,单原子层Pd壳通过电沉积的外延生长,也获得了{100}族的晶面。本文进一步对Pt_3Ni@Pd/C作为甲酸氧化电催化剂的性能进行了研究,并与商业Pd/C和原Pt_3Ni/C催化剂进行了比较。结果显示,由于Pt_3Ni@Pd/C的单原子层Pd壳的结构和所暴露出的Pd{100}族的晶面,Pt_3Ni@Pd/C催化剂具有优异的甲酸氧化电催化性能。与原Pt_3Ni/C催化剂相比较,Pt_3Ni@Pd/C催化剂的贵金属质量比活性提高到了7.5倍。此外,与商业Pd/C催化剂相比,Pt_3Ni@Pd/C催化剂的比表面活性和Pd质量比活性也分别提高到了2.5和8.3倍。 展开更多
关键词 电催化剂 甲酸氧化 单原子层Pd壳 立方体结构 核壳结构
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MoS2-rGO hybrid architecture as durable support for cathode catalyst in proton exchange membrane fuel cells 被引量:5
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作者 Muhammad Tuoqeer Anwar Xiaohui Yan +6 位作者 Muhammad Rehman Asghar Naveed Husnain Shuiyun Shen Liuxuan Luo Xiaojing Cheng Guanghua Wei Junliang Zhang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1160-1167,共8页
Carbon black is utilized as a conventional electrocatalyst support material for proton exchange membrane fuel cells. However, this support is prone to corrosion under oxidative and harsh environments, thus limiting th... Carbon black is utilized as a conventional electrocatalyst support material for proton exchange membrane fuel cells. However, this support is prone to corrosion under oxidative and harsh environments, thus limiting the durability of the fuel cells. Meanwhile, carbon corrosion would also weaken the linkage between Pt and the support material, which causes Pt agglomeration, and consequently, deterioration of the cell performance. To overcome the drawbacks of a Pt/C electrocatalyst, a hybrid support material comprising molybdenum disulfide and reduced graphene oxide is proposed and synthesized in this study to exploit the graphitic nature of graphene and the availability of the exposed edges of MoS2. TEM results show the uniform dispersion of Pt nanoparticles over the MoS2-rGO surface. Electrochemical measurements indicate higher ECSA retention and better ORR activity after 10000 potential cycles for Pt/MoS2-rGO as compared to Pt/C, demonstrating the improved durability for this hybrid support material. 展开更多
关键词 Fuel cell Hybrid catalyst support Carbon corrosion Supported catalyst Pt-based electrocatalyst
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First-principles study of catalytic activity of W-doped cobalt phosphide toward the hydrogen evolution reaction 被引量:2
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作者 Cehuang Fu Xiaohui Yan +4 位作者 Lijun Yang Shuiyun Shen Liuxuan Luo Guanghua Wei Junliang Zhang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1698-1705,共8页
In this study,we investigated the hydrogen evolution reaction(HER)on the(101)facet of pristine and W-doped CoP using the density functional theory.Two types of Co atoms are identified on the catalyst surface:the Co at... In this study,we investigated the hydrogen evolution reaction(HER)on the(101)facet of pristine and W-doped CoP using the density functional theory.Two types of Co atoms are identified on the catalyst surface:the Co atoms that present the higher d band center are marked as valid sites,whereas the others are marked as invalid sites owing to their weaker H adsorption ability.It is further revealed that W-doping can decrease the d band center of the surface Co atoms,which is beneficial for the HER;however the exposure to W weakens the desorption of H.To address the strong adsorption effect of W,the doping sites and dopant content are analyzed,and the results indicate that 8.4 wt%W doping at the invalid surface Co sites is preferred;moreover,the optimal W content increases to 16.8 wt%when W is inserted into the subsurface.The effect of W doping is weakened when the doping site is far away from the surface. 展开更多
关键词 Hydrogen Evolution Reaction Density functional theory COP DOPING
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Electrodeposited PtNi nanoparticles towards oxygen reduction reaction:A study on nucleation and growth mechanism 被引量:1
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作者 Lutian Zhao Yangge Guo +4 位作者 Cehuang Fu Liuxuan Luo Guanghua Wei Shuiyun Shen Junliang Zhang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第11期2068-2077,共10页
In this work,highly monodispersed Pt-Ni alloy nanoparticles were directly deposited on carbon substrate through a facile electrodeposition strategy in the solvent system of N,N-dimethylformamide(DMF).A series of carbo... In this work,highly monodispersed Pt-Ni alloy nanoparticles were directly deposited on carbon substrate through a facile electrodeposition strategy in the solvent system of N,N-dimethylformamide(DMF).A series of carbon supported Pt-Ni alloy electrocatalysts were synthesized under different applied electrode potentials.Among all as-obtained samples,the Pt-Ni/C electrocatalyst deposited at-1.73 V exhibits the optimal specific activity up to 1.850 mA cm^(-2)at 0.9 V vs.RHE,which is 6.85 times higher than that of the commercial Pt/C.Comprehensive physiochemical characterizations and computational evaluations via density functional theory were conducted to unveil the nucleation and growth mechanism of PtNi alloy formation.Compared to the aqueous solution,DMF solvent molecule must not be neglected in avoiding particle agglomeration and synthesis of monodispersed nanoparticles.During the alloy co-deposition process,Ni sites produced through the reduction of Ni(Ⅱ)precursor not only facilitates Pt-Ni alloy crystal nucleation but also in favor of further Pt reduction on the Ni-inserted Pt surface.As for the deposition potential,it adjusts the final particle size.This work provides a hopeful extended Pt-based catalyst layer production strategy for proton exchange membrane fuel cells and a new idea for the nucleation and growth mechanism exploration for electrodeposited Pt alloy. 展开更多
关键词 ELECTRODEPOSITION PtNi alloy nanoparticles Oxygen reduction reaction Nucleation and growth mechanism Density functional theory
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氢燃料电池阳极抗一氧化碳毒化催化剂的研究进展与展望
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作者 吴钊颖 罗夏爽 +3 位作者 罗柳轩 郭杨格 沈水云 章俊良 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期567-583,共17页
氢燃料电池阳极侧通常使用铂(Pt)催化氢氧化反应(HOR),然而当前供应氢燃料电池的工业产氢气中通常含有少量的一氧化碳(CO)杂质,因此将导致Pt催化剂活性因CO中毒而降低.如何提升阳极催化剂的抗CO毒化能力是HOR研究领域的重要课题.本文介... 氢燃料电池阳极侧通常使用铂(Pt)催化氢氧化反应(HOR),然而当前供应氢燃料电池的工业产氢气中通常含有少量的一氧化碳(CO)杂质,因此将导致Pt催化剂活性因CO中毒而降低.如何提升阳极催化剂的抗CO毒化能力是HOR研究领域的重要课题.本文介绍了抗CO毒化的Pt基催化剂的研究现状,总结了过渡金属及氧化物掺杂、催化剂表面修饰和载体调控及选择等合成策略,汇总了其他铂族金属催化剂与非贵金属催化剂的抗CO毒化研究进展,并对未来的抗CO毒化阳极HOR催化剂发展方向作出了展望. 展开更多
关键词 氢燃料电池 阳极反应 氢氧化反应 抗CO毒化 电催化剂
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低铂质子交换膜燃料电池氧还原催化剂的研究进展与展望 被引量:4
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作者 赵路甜 程晓静 +3 位作者 罗柳轩 郑志峰 沈水云 章俊良 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第19期2212-2225,共14页
Pt基催化剂是氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)最有效的催化剂,然而有限的Pt资源和高Pt载量严重制约了质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的规模化应用.开发同时具有低Pt含量、高活性的ORR催化... Pt基催化剂是氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)最有效的催化剂,然而有限的Pt资源和高Pt载量严重制约了质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)的规模化应用.开发同时具有低Pt含量、高活性的ORR催化剂是推动PEMFCs大规模商业化的有效途径.本文从纯Pt催化ORR的机理出发,对当前研究中具有优异性能的均匀Pt合金催化剂和核-壳结构Pt基催化剂的ORR催化机理进行了阐述,并概述了其研究进展、研究策略和制备方法.尽管目前的研究致力于对Pt基纳米颗粒的形貌、粒径、元素组成和晶面等进行精确设计和调控,并在实验室层面实现了活性和耐久性的显著提升,但是现有常用制备方法存在的问题使得其商业化生产无法取得突破进展.最后对Pt基催化剂的规模化制备提出了见解,并对其前景进行了展望. 展开更多
关键词 低铂 高性能 氧还原反应 质子交换膜燃料电池 规模化制备策略
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