Ti_(3)C_(2)T_(x) MXene基材料在锂空气电池正极中的研究进展

锂空气电池具有3500 W·h·kg^(-1)的理论能量密度,是极具发展潜力的新一代能源存储系统.在有机相锂空电池中,放电产物为固态Li_(2)O_(2),具有绝缘性,导致正极反应动力学缓慢,造成反应过电位高、倍率性能差、循环稳定性有限且能量效率低等后果.催化剂可以改善氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)和氧析出反应(oxygen evolution reaction,OER)动力学,提升各项性能参数,因此开发稳定且高活性的正极催化剂是改善锂空电池性能的关键.Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene是2011年被发现的二维层状钛碳/氮化物纳米材料,导电性高且表面可调,具有催化ORR和OER反应的双重功能,近年来受到广泛关注,在锂空电池中具有良好的应用前景.本文介绍了锂空电池的反应机制,总结了近几年Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基材料在锂空电池正极催化剂中的研究进展,探讨了锂空电池中Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene基正极催化剂材料的反应机制与性能提升策略,并对此方向未来的发展作一展望.

氢燃料电池阴极氧还原反应电催化剂研究进展

氢燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的能量转换装置,具有转换效率高、噪声低、无污染、原料多样且用途广泛等优点,但其阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)动力学缓慢,极大地限制了其大规模应用与发展.因此,研发高效、耐用兼具经济性的ORR电催化剂是当前研究热点之一.在众多科研工作者的努力下,关于ORR电催化剂的研究工作已取得了许多重要突破性进展.本综述系统介绍了ORR反应机制和目前3种主流类别的ORR电催化剂(贵金属、非贵金属、碳基)的研究进展,着重分析了不同催化剂体系的性能与优缺点,并探讨了高性能ORR电催化剂的合成策略及其未来的发展方向.

钼-钴氧化物中空纳米球/石墨烯复合结构的制备及其电磁性能

利用溶剂热结合煅烧法合成了空心球状的四氧化三钴和钼酸钴的复合氧化物纳米材料(Co_(3)O_(4)-CoMoO_(4)),将其作为磁损耗材料,与石墨烯复合后进行了电磁性能测试,结果显示:复合后的材料具有更好的电磁波吸收能力,在2 mm时最小反射损耗值为-23.45 dB;吸收带宽为2.55 GHz;其有望成为一类具有“薄、强、轻、宽”优异特性的新型吸波材料.

具有高价氧化态的超薄二维Ni–MOF高性能电催化剂用于苯甲醇氧化反应

超薄二维金属有机框架(Two-dimensional metal-organic frameworks(2D MOFs))具有较大的比表面积和开放的催化活性中心,在电催化反应中具有潜在的应用价值.本工作报道了一种溶剂热法制备的具有开放位点的超薄2D Ni–MOF纳米片阵列及其在电催化苯甲醇氧化(Electrocatalytic benzyl-alcohol oxidation(EBO))方面的应用.作为一种高性能的EBO电催化剂,2D Ni–MOF表现出较低的过电位和优异的化学耐久性,仅需要约1.50 V的电位即可达到250 mA cm^(−2),苯甲醇氧化效率达85%.2D Ni–MOF纳米片阵列相比于同样具有超薄结构的2D Ni(OH)_(2)纳米片阵列,反应过电势降低约35 mV(@50 mA cm^(−2)),具有更快的反应动力学.在同一恒电位下进行苯甲醇氧化反应时,具有更高的响应电流,并且在连续电解20000 s后,可保留25 mA cm^(−2)的电流密度,接近Ni(OH)_(2)纳米片的两倍,表现出更优异的电催化活性.Ni–MOF纳米片中的Ni具有更高的氧化态,在EBO反应中更容易转化成活性位点NiOOH,使得其在更低的电位下能有效催化苯甲醇的电氧化反应.这一结果为进一步设计高性能电催化苯甲醇氧化反应电催化剂提供新的视角.

用于高效电催化析氧反应的锰掺杂镍铁双金属氢氧化物催化剂

随着国内能源需求不断增加以及温室气体排放持续增长,寻求高效、清洁、可持续的能源成为目前亟待解决的问题.廉价、高效和稳定的氧析出反应(oxygen evolution reaction,OER)催化剂在电解水制氢领域具有广泛的应用前景.镍铁层状双金属氢氧化物(NiFe-layered double hydroxides,NiFe-LDHs)被认为是一种潜在、理想的析氧反应电催化剂.然而,对于NiFe-LDHs层板,普遍认为其边缘金属位点相较于内部金属位点具有更高的催化活性,这就导致其层板内部的金属位点无法充分利用,降低对OER反应的催化效率.因此,为了充分提升NiFe-LDHs的层板利用率,本研究将具有变价特征的锰离子引入NiFe-LDHs层板(Mn doped NiFe-layered double hydroxides,Mn-NiFeLDHs)中,利用锰离子的变价特征,充分提升层板载流子迁移率,促进层板内电子转移,同时,由于锰离子的电负性特征,部分电子将从镍位点附近转移到锰位点的周围,导致镍位点表现出缺电子特征,从而作为“电子饥饿”位点,提升层板整体对于具有富电子含氧官能团的捕获,进而有效地增强OER催化活性.催化反应结果表明,Mn-NiFeLDHs电极在电流密度10 mA/cm^(2)时表现出过电位仅为332 mV,低于初始NiFe-LDHs的384 mV.锰离子的合理掺杂有效地调整Ni^(2+)位点活性,增强其电催化活性,并为更进一步地阐明掺杂对LDHs层板活性的影响提供了实验事实支持.