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泡沫镍负载二维金属有机框架及其衍生物耦合阵列用于高活性双效氧电极 被引量:3
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作者 黄凯 郭帅 +8 位作者 王茹玥 林森 纳韦德•侯赛因 魏呵呵 邓铂翰 龙圆正 雷鸣 唐浩林 伍晖 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1754-1760,共7页
氧电催化一般涉及到氧还原反应(ORR)和氧析出应(OER),是诸如燃料电池,金属空气电池和水电解池等能源转换与存储技术的关键步骤.其中,可充电的金属锌空气电池具有较高的能量密度,开发成本较低,运行安全且环境友好.然而,开发并采用高效,... 氧电催化一般涉及到氧还原反应(ORR)和氧析出应(OER),是诸如燃料电池,金属空气电池和水电解池等能源转换与存储技术的关键步骤.其中,可充电的金属锌空气电池具有较高的能量密度,开发成本较低,运行安全且环境友好.然而,开发并采用高效,低成本且储量丰富的催化材料代替贵金属基电催化剂,仍旧是现阶段尚未完全解决的问题和挑战.最近,金属有机框架(MOFs)以及碳基的金属有机框架衍生物作为高效电催化剂,因其超乎寻常的形貌,结构,组分和功能性的可调节能力,已经逐渐引起了广泛的关注和研究兴趣.因此,本文报道了一种泡沫镍负载的二维金属有机框架及其衍生物耦合阵列作为无粘结剂型ORR/OER双效催化剂,能够实现高比表面积,高电导率和高双功能性,同时避免了使用有机粘结剂的复杂制备过程和不可避免的电池性能影响.与传统设计不同,本文主要通过集成各司其职的不同功能组分并充分暴露电化学活性面积来提高双效电极的整体活性.电化学测试结果表明,耦合阵列电极(R-NCM)相比于MOFs阵列(NCM)和MOFs衍生物阵列(A-NCM)等对比电极,具有显著提高的双效氧电极性能,氧还原反应的起峰电位约为0.90 V,而氧析出反应电流密度达到100 m Acm-2时的过电势为319 m V.由于其在生长–热裂解–再生长过程中所具有的稳定的站立多级二维纳米片结构,所制备的双效氧电极材料表现出显著增强的双官能团性,电化学活性面积,反应动力学和稳定性,并可进一步用于可充电的金属锌空气电池(ZABs).考虑到制备过程的可行性与简洁性,所提出的生长–热裂解–再生长策略不仅能够用于耦合型分级纳米片阵列结构的合成,还能为设计开发相关能源电化学装置的高活性电极结构提供借鉴. 展开更多
关键词 二维金属有机框架 衍生物 耦合阵列 无粘结剂 氧电极
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Pd单原子/团簇高效催化铃木偶联反应 被引量:2
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作者 魏呵呵 黎晓阳 +7 位作者 邓铂瀚 郎嘉良 黄雅 华星宇 乔奕达 葛炳辉 戈钧 伍晖 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期1058-1065,共8页
铃木偶联反应是合成聚烯烃、苯乙烯和联苯衍生物等功能性有机化合物的有力工具,广泛应用于精细化工、制药和生化工业领域.钯(Pd)基催化剂是目前性能最好的铃木偶联反应催化剂,但钯的低丰度和高成本限制了其大规模应用.因此,提高Pd原子... 铃木偶联反应是合成聚烯烃、苯乙烯和联苯衍生物等功能性有机化合物的有力工具,广泛应用于精细化工、制药和生化工业领域.钯(Pd)基催化剂是目前性能最好的铃木偶联反应催化剂,但钯的低丰度和高成本限制了其大规模应用.因此,提高Pd原子的利用效率,降低Pd用量至关重要.减小金属纳米粒子的尺寸,使其成为小团簇甚至孤立的金属原子是实现金属原子高利用率的有效方法之一.此外,与纳米晶体相比,高度分散的Pd原子和具有低配位和不饱和构型的亚纳米团簇可能会导致催化活性位点数量增加,进而提升Pd基催化剂的性能.然而,高表面自由能使得合成高度分散的Pd单原子和亚纳米团簇变得困难,因此,如何制备具有优异铃木偶联反应催化性能的Pd单原子/团簇催化剂是一个极具挑战性的课题.本文开发了一种溶液快速退火(SRA)工艺来稳定氮掺杂介孔碳负载的Pd单原子/团簇(Pd/NMC),制得的催化剂表现出较好的催化铃木偶联反应性能.透射电子显微镜结果表明,所制Pd/NMC催化剂中Pd以单原子和小金属团簇(粒径为0.3-1.1 nm)的形式高度分散在氮掺杂介孔碳载体的表面;X射线衍射结果表明,该催化剂没有与Pd相关的衍射峰,进一步证明了Pd以单原子和小金属团簇,而非纳米晶的形式存在.这得益于SRA工艺创造的不平衡热条件,抑制了Pd原子的团聚,提高了Pd原子在载体表面的分散性.与商业Pd/C催化剂相比,Pd/NMC催化剂对氯苯的铃木偶联反应表现出更好的催化性能(100%的选择性和95%的产率)和稳定性(循环使用10次后活性几乎没有衰减),此外对其他衍生物底物同样表现出较好的催化性能.第一性原理计算表明,在Pd(111)上联苯解吸的吉布斯自由能为3.24 eV,显著高于Pd_(1)/NMC(0.72 eV)和Pd_(13)/NMC(1.31 eV),在理论上同样证明了与Pd纳米颗粒相比,Pd单原子/团簇催化剂更有利于反应物的转化.此外,本文新开发的前驱体SRA工艺可被用作稳定金属团簇(例如Pd、Pt、Ru)的通用方法,为构建高效、高度分散的金属原子和亚纳米团簇催化剂提供了新的可能性. 展开更多
关键词 钯单原子/团簇催化剂 铃木偶联反应 溶液快速退火 能垒 高产率
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Wet-milling synthesis of immobilized Pt/Ir nanoclusters as promising heterogeneous catalysts
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作者 Peng Du Kai Huang +9 位作者 Xiaoyuan Fan Jingteng Ma Naveed Hussain Ruyue Wang bohan deng Binghui Ge Haolin Tang Ru Zhang Ming Lei Hui Wu 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2022年第4期3065-3072,共8页
Being a typical state of the art heterogeneous catalyst,supported noble metal catalyst often demonstrates enhanced catalytic properties.However,a facile synthetic method for realizing large-scale and low-cost supporte... Being a typical state of the art heterogeneous catalyst,supported noble metal catalyst often demonstrates enhanced catalytic properties.However,a facile synthetic method for realizing large-scale and low-cost supported noble metal catalyst is strictly indispensable.To this end,by making use of the strong metal-support interaction(SMSI)and mechanochemical reaction,we introduce an efficient synthetic route to obtain ultrafine Pt and Ir nanoclusters immobilized on diverse substrates by wet chemical milling.We further demonstrate the scaling-up effect of our approach by large-scale ball-milling production of Pt nanoclusters immobilized on TiO_(2)substrate.The synthesized Pt/Ir@Co_(3)O_(4)catalysts exhibit superior oxygen evolution reaction(OER)performance with only 230 and 290 mV overpotential to achieve current density of 10 and 100 mA·cm^(-2),beating the catalytic performance of Co_(3)O_(4)supported Pt or Ir clusters and commercial Ir/C.It is envisioned that the present work strategically directs facile ways for fabricating supported noble metal heterogeneous catalysts. 展开更多
关键词 heterogeneous catalysts metal clusters wet milling large-scale production strong metal–support interaction
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Nucleation growth quenching for superior cluster catalysts
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作者 Ruyue Wang Feng Cheng +9 位作者 Yonggang Wang Dongyu Fan bohan deng Yuanzheng Long Haolin Tang Kai Huang Zhaowei Qu Ming Lei Binghui Ge Hui Wu 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2022年第9期7933-7939,共7页
Cluster catalysts are rapidly growing into an important sub-field in heterogeneous catalysis,owing to their distinct geometric structure,neighboring metal sites,and unique electronic structure.Although the thermodynam... Cluster catalysts are rapidly growing into an important sub-field in heterogeneous catalysis,owing to their distinct geometric structure,neighboring metal sites,and unique electronic structure.Although the thermodynamics and kinetics of the formation of nanoparticles have been largely investigated,the precise synthesis of clusters in wet chemical methods still faces great challenges.In the study,a quenching strategy of asymmetric temperature in solution for the rapid generation of vacancy-defect rich clusters is reported.The quenching process can be used to synthesize multitudinous metal compound clusters,including metal oxides,fluorides,oxygen-sulfur compounds,and tungstate.For oxygen evolution reaction(OER),IrO_(2)clusters with abundant oxygen vacancies were obtained and uniformly dispersed in the solution.Compared to commercial IrO_(2),the prepared IrO_(2)cluster can be directly loaded on carbon paper and used as binder-free electrodes,which exhibit higher OER activity and long-term operational stability in alkaline electrolytes.The quenching strategy provides a simple and efficient method for the synthesis of clusters,which has tremendous potential for industrial-scale preparation and application,especially can be further applied to flow electrochemical generators. 展开更多
关键词 rapid-chilling cluster structure transition metal compounds binder-free electrode oxygen evolution reaction
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