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超高质量活性的碳纳米纤维包覆铋纳米颗粒用于高效二氧化碳电还原制甲酸 被引量:1
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作者 孔艳 蒋兴星 +5 位作者 李轩 孙建桔 胡琪 柴晓燕 杨恒攀 何传新 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第2期95-106,共12页
近年来,工业化的高速推进和化石燃料的大量消耗,不仅造成严重的温室效应,而且加剧了能源危机和环境恶化等问题.电催化CO_(2)还原技术可将温室气体CO_(2)转化为具有经济价值的小分子化合物,且可以耦合间歇性可再生能源(如太阳能、风能、... 近年来,工业化的高速推进和化石燃料的大量消耗,不仅造成严重的温室效应,而且加剧了能源危机和环境恶化等问题.电催化CO_(2)还原技术可将温室气体CO_(2)转化为具有经济价值的小分子化合物,且可以耦合间歇性可再生能源(如太阳能、风能、潮汐能等)产生的电力,目前已成为实现碳中和目标最有前景的技术途径之一.然而,由于CO_(2)分子化学惰性较强,需要较高的过电位才能将其活化,导致其转化效率低.铋作为一种无毒无害、价格低廉且具有较高析氢过电位的非贵金属材料,可有效地促进CO_(2)电还原为甲酸.但受质量活性、稳定性和产率的限制,铋基催化剂目前仍难以实现工业化应用.本文采用静电纺丝技术结合热处理方法制备了碳层封装的超小铋纳米颗粒,并用于二氧化碳电还原制甲酸.透射电镜等表征结果表明,铋纳米颗粒均匀地分散于碳纳米纤维中.电化学测试结果表明,在900℃下煅烧2 h制得的Bi/CNFs-900催化剂具有较好的电还原CO_(2)为甲酸的性能.在较宽的电化学窗口内,甲酸的法拉第效率均在90%以上,在-1.20 V vs.RHE的电位下实现了-232.2 mA cm^(-2)的电流密度.该催化剂表现出较高的质量活性(-1.6 A mg-_(Bi)^(-1))和较高的甲酸产率(29.8 mol h^(-1)cm^(-2)g^(-1)),分别是纯铋颗粒质量活性(-0.23 A mg-_(Bi)^(-1))的7.05倍,甲酸产率(4.2 mol h^(-1)cm^(-2)g^(-1))的7.07倍.密度泛函理论计算与原位拉曼光谱结果表明,Bi/CNFs-900能够有效地降低关键中间体*OCHO的吉布斯自由能垒.Bi/CNFs-900具有较好的催化活性和选择性的主要原因为:(1)热解过程中碳纤维对铋纳米颗粒的迁移起到一定限制作用,使得更多的活性位点得以暴露,同时大大降低了金属的实际负载量;(2)铋与周围的碳层存在静电相互作用,可以有效地降低界面电荷的转移电阻,促进电子的快速转移;(3)碳纤维的限域作用也有效地抑制了催化反应过程中Bi纳米颗粒的聚集,使Bi/CNFs-900具有良好的稳定性.综上,本文制得了碳纳米纤维包覆铋纳米颗粒,制备方法简单,经济可行,为设计高性能铋基催化剂并实现二氧化碳电还原制甲酸的应用提供借鉴. 展开更多
关键词 二氧化碳电还原 铋纳米颗粒 碳纳米纤维 甲酸 质量活性
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GaN/In_(2)O_(3)的界面工程用于高效电催化CO_(2)还原制备甲酸
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作者 李轩 蒋兴星 +5 位作者 孔艳 孙建桔 胡琪 柴晓燕 杨恒攀 何传新 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第7期314-323,共10页
随着碳中和、碳达峰理念和可持续发展目标的深入贯彻,寻求一种新的科学技术将化石燃料燃烧产生的大量二氧化碳转化成具有高经济价值的化工产品是目前的研究热点.这不仅能够消耗二氧化碳气体,而且能够在一定程度上缓解能源危机.其中,电... 随着碳中和、碳达峰理念和可持续发展目标的深入贯彻,寻求一种新的科学技术将化石燃料燃烧产生的大量二氧化碳转化成具有高经济价值的化工产品是目前的研究热点.这不仅能够消耗二氧化碳气体,而且能够在一定程度上缓解能源危机.其中,电催化二氧化碳还原是一种潜力巨大的转化技术,其仅需消耗电能就可以将二氧化碳转化成高附加值产物.然而,由于二氧化碳分子具有高化学惰性,需要消耗大量能量使其转化.同时,该反应产物种类复杂,需要设计开发一种催化剂来降低反应能垒和提高单一产物的选择性.铟(In)作为一种无毒的金属物种,表现出较高的电催化二氧化碳还原制备甲酸活性,但是其法拉第效率和稳定性有待进一步提升.本文采用静电纺丝和相分离方法设计合成了一种富缺陷的GaN/IN_(2)O_(3)界面型催化剂(GaN/IN_(2)O_(3)@PCNF),并将其用于电催化二氧化碳还原制备甲酸.在焙烧过程中,ZIF-8前驱体中Zn原子的蒸发促进了Ga原子与N原子的结合,并引发共晶镓铟(EGaIn)分离成GaN和IN_(2)O_(3)界面.透射电子显微镜和X射线光电子能谱结果证实了界面的生成以及界面对于In3d轨道的电子调控.电催化二氧化碳还原的电化学测试结果表明,催化剂在-0.9 VRHE的电位下实现了87%的甲酸法拉第效率以及29.7 mAcm-2的分电流密度.同时,催化剂表现出30 h的稳定性,且甲酸的法拉第效率未明显下降.该催化剂较好的性能和稳定性可以归结为以下原因:(1)界面的电子结构调控,优化了IN_(2)O_(3)的电子结构;(2)较低的塔菲尔斜率带来了较快的电子转移速度;(3)多孔的碳纳米纤维促进了活性位点的充分暴露,碳包封和GaN的锚定作用使催化剂具有较好的稳定性.原位拉曼测试和密度泛函理论计算进一步揭示了界面的存在能够降低甲酸含氧中间体的吸附能,从而有利于二氧化碳还原制备甲酸.综上,本文为电催化二氧化碳还原的界面型催化剂提供了一种新的设计策略. 展开更多
关键词 电催化二氧化碳还原 界面 甲酸 共晶镓铟 氧化铟
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超细铂纳米颗粒复合多孔碳纳米纤维催化剂用于高效氧还原反应 被引量:1
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作者 李轩 李国栋 +9 位作者 邓晨 景铃胭 冯超 孔艳 蒋兴星 周伟良 柴晓燕 杨恒攀 胡琪 何传新 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第9期3509-3519,共11页
合理设计铂纳米颗粒尺寸是制备高效氧还原电催化剂的关键.本工作中,我们借助静电纺丝和ZIF-8的双重限域作用合成了超细铂纳米颗粒锚定在多孔碳纳米纤维上的催化材料.低Pt负载(4.2 wt%)的Pt@PCNFs在碱性和酸性电解质中均表现出优异的氧... 合理设计铂纳米颗粒尺寸是制备高效氧还原电催化剂的关键.本工作中,我们借助静电纺丝和ZIF-8的双重限域作用合成了超细铂纳米颗粒锚定在多孔碳纳米纤维上的催化材料.低Pt负载(4.2 wt%)的Pt@PCNFs在碱性和酸性电解质中均表现出优异的氧还原反应活性,其质量活性分别为41和51 A gPt^(-1),分别是商业Pt/C催化剂相应值的8倍和10倍.在不同温度的碱性和酸性环境的计时安培试验和加速稳定性实验中, Pt@PCNFs的稳定性均优于Pt/C基准.该催化剂的优异性能可归因于小尺寸的Pt纳米颗粒、丰富多孔的纤维结构、Pt纳米颗粒与N掺杂碳纳米纤维之间的强金属载体相互作用以及碳壳层的保护作用. 展开更多
关键词 铂纳米颗粒 氧还原反应 多孔碳纳米纤维 金属载体相互作用 PT/C催化剂 静电纺丝 纤维结构 催化材料
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Bimetallic two-dimensional materials for electrocatalytic oxygen evolution
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作者 Xiaojie Li Qi Hu +3 位作者 Hengpan Yang Tao Ma xiaoyan chai Chuanxin He 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2022年第8期3657-3671,共15页
Electrocatalytic oxygen evolution reaction(OER)is one of the important half reactions of electrocatalytic water splitting.However,the slow kinetic process involving four-electron transfer severely limits its reaction ... Electrocatalytic oxygen evolution reaction(OER)is one of the important half reactions of electrocatalytic water splitting.However,the slow kinetic process involving four-electron transfer severely limits its reaction efficiency,which in turn limits the overall electrocatalytic hydrolysis efficiency.In order to improve the activity of the electrocatalytic OER,researchers mainly update the catalyst from three aspects,that is,increase the conductivity of the electrocatalyst,and the quantity and quality of active sites.Twodimensional(2 D)engineering can effectively reduce the resistance of the materials and greatly increase the number of electrochemically active sites,while heterometal doping,or the bimetal strategy,can improve the quality of active sites via changing the electronic structure of the material.Thus,the combination of the two can enhance the activity of electrocatalytic OER in all three aspects:conductivity,number and quality of active sites.However,there is currently no review on this topic.Therefore,in this review,we summarize the application of bimetallic 2 D materials in electrocatalytic OER from four aspects:the structure,synthesis strategy,catalytic efficiency,and reaction mechanism. 展开更多
关键词 Bimetal/bimetallic Two-dimensional/2D Oxygen evolution ELECTROCATALYTIC MOF LDH
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