N、C共掺杂锐钛矿相TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了N和C原子分别单掺杂和双掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构、电子结构和光学性质.计算结果表明:原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C替位掺杂更倾向于替代Ti位,而非O位;替位掺杂使TiO2光吸收带边发生了明显红移,且在可见光区域的吸收效率明显增加,大大提高了光催化效率.与单掺杂比较发现,N、C双掺杂红移现象更加明显,为较好的掺杂改性方式.

N、C掺杂比例对锐钛矿TiO_2电子结构影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论方法,分别计算了N、C原子不同比例掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构和电子结构等性质。计算结果表明:原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C原子替位掺杂更倾向于替代Ti位,N倾向于替代O位;两种替位掺杂均使TiO2光吸收带发生明显红移;N掺杂比例为2.08%和3.13%、C掺杂比例为2.08%时,对TiO2的改性最佳。

电极微观形貌评估在固体氧化物燃料电池研究领域的应用和进展

固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)的性能研究逐渐深入,其电极形貌是性能研究的重要基础,运用图像分析方法可以快速直观地获取电极的微观信息。基于图像分析方法对电极形貌进行评估,对获取电极显微量化数据的过程进行了阐述,并对图像获取和处理过程中的常用方法进行了总结,重点阐述了扫描电子显微镜、X射线层析成像和光学显微镜的相关技术以及灰度阈值法图像分割和显微图像的三维重构,最后对未来可能应用于图像分析中的方法进行了展望。

Mn-Co基尖晶石涂层在固体氧化物燃料电池连接体合金中的研究进展

金属连接体的氧化抗力和电性能是决定固体氧化物燃料电池(SOFCs)寿命的重要指标。近年来,一般通过尖晶石涂层表面改性来解决连接体合金氧化抗力不足、高面比电阻以及Cr挥发等问题。从合金基体预处理、涂层制备方法、烧结和工作气氛,以及涂层原子比调控和元素掺杂等方面总结了国内外Mn-Co基尖晶石涂层材料在连接体合金表面改性领域的研究工作。最后,展望了SOFC连接体尖晶石涂层的未来发展趋势。

中温固体氧化物燃料电池La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_(3-)Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-σ)阴极的制备研究

使用固溶包覆法成功合成了La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_(3-σ)(LSM)包覆Ba_(0.5)Sr_(0.5)Co_(0.8)Fe_(0.2)O_(3-σ)(BSCF)的LSM-BSCF复合粉体,分析了复合粉体的物相组成,形貌结构,抗CO_2气体毒化能力以及相应电极电化学性能,结果表明所制备的粉体成相良好,具有较好的抗CO_2毒化性能,而电化学性能有所降低。

钙钛矿材料在固体氧化物燃料电池燃料重整中的应用

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)是通过电化学反应将化石燃料(煤、石油和天然气等)、生物质燃料或其它碳氢燃料中的化学能直接转换为电能的发电装置,能量转换效率更高、污染更低,被公认为21世纪高效绿色能源技术.但直接以碳氢化合物为燃料时,镍基阳极中容易产生积碳,从而失去电化学催化活性.在阳极外侧进行一次燃料的预重整是一种行之有效的解决办法,其中高效稳定的重整催化剂至关重要.本文将结合本课题组的研究进展对钙钛矿催化剂在燃料重整中的应用进行概述,并提出自己相应的观点和展望.

合金纳米颗粒在碳氢燃料SOFC阳极中的应用

合金纳米颗粒(NPs)由于多金属之间的协同效应使其具有优异的催化性能、抗积碳和抗硫毒化性能,被广泛应用于固体氧化物燃料电池(SOFC)阳极。NPs在还原气氛下从氧化物支撑体内原位析出,提升了纳米催化剂稳定性的同时使支撑体内富含氧空位,进一步提升阳极的电子电导率和离子电导率。NPs的优异催化性能使SOFC可以碳氢化合物为燃料并具备长期工作稳定性成为可能。主要综述了合金催化剂在SOFC阳极中的发展现状并据此提出了展望。

固体氧化物电解池氢电极材料研究进展

作为一种可将电能转化为化学能的装置,固体氧化物电解池(SOEC)具备能量转化效率高、可逆操作能力以及绿色环保等特点。基于SOEC技术有望实现大规模绿氢制备,为国家“氢能”战略和“双碳”目标提供强大助力。氢电极是SOEC的最重要组成部分之一,其材料性能将直接决定电池电解制氢能力。本文总结了目前已有的SOEC氢电极材料体系,从氢电极反应机理、材料要求、电极材料物理-化学特性、电化学性能以及材料衰减等方面进行了系统性的论述。最后对SOEC氢电极材料的优化发展进行了分析和展望。

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论研究了N/Fe共掺杂对锐钛矿TiO2(101)面的修饰作用.计算了铁替位单掺杂TiO2(101)面及晶体内部后,晶体结构变化及形成能.通过形成能的比较发现,Fe从晶体表面向体内迁移时受到势垒阻碍作用.同时,对不同位置表面N/Fe近邻共掺杂晶体形成能的比较,得出了表面共掺杂的最稳定结构.通过对电子结构及态密度的分析发现:表面共掺杂态中,N/Fe共掺杂可改变TiO2(101)面的电子结构,并使TiO2由半导体性向半金属性转变.

Ni基乙烷脱氢催化剂的性能及其改进

过渡金属Ni是地球上储量丰富的金属元素,在加氢脱硫、重整制氢等催化领域应用非常广泛,但是关于Ni基催化剂在烷烃脱氢方面的研究较少;因此,本工作采用不同的方法,制备了三种结构的Ni基负载催化剂,即尖晶石分解型、浸渍型和钙钛矿析出型,并在700℃、C_(2)H_(6)-N_(2)气氛中和50 mL·min^(−1)气体流速下,探索了它们的乙烷脱氢性能.结果表明:尖晶石分解型催化剂Ni_(1-x)Cu_(x)Cr_(2)O_(4)还原后在Cr_(2)O_(3)表面形成Ni-Cu合金颗粒,能有效钝化Ni的C—C键断裂活性,提高乙烯的选择性.Ni含量过高时,Ni不能有效地分散而形成大的金属团簇,造成乙烷过度裂解,乙烯选择性较低.浸渍负载型催化剂Ni_(x)M_(y)/Al_(2)O_(3)(M为Cu或Ag)比表面积大,表面活性位点分散,但活性金属与载体结合力弱,在高温下不稳定;Cu或Ag与Ni形成合金,可有效提高乙烯选择性,Ag较Cu的效果更佳.钙钛矿析出型催化剂LaCr_(1-x)Ni_(x)O_(3)(LCNi-100x)在还原气氛中析出均匀细小的Ni颗粒,其与基体结合力强,抗积碳性能和稳定性较高;含15%Ni的LCNi-15还原后(R-LCNi-15)表现出最好的催化性能,乙烯产率最高(24%),同时具有较好的抗积碳性能和稳定性以及氧化再生性.

液态金属阳极固体氧化物燃料电池中的电解质腐蚀

近年来,由于具有极高的理论转化效率,液态金属阳极直接碳固体氧化物燃料电池受到关注;然而,液态金属电极对电解质的腐蚀是降低其性能和限制其寿命的关键因素之一。本文综述了液态金属和氧化物,主要是液态锑(Sb)和氧化锑(Sb_(2)O_(3)),对固体氧化物燃料电池常用ZrO_(2)和CeO_(2)基电解质的化学和电化学腐蚀研究成果,并讨论了减缓腐蚀程度的途径与可能性。