钴/氮掺杂碳催化剂及其氧还原催化机理研究

以尿素做氮源、醋酸钴做金属源,用湿法合并高温热处理法合成了钴/氮共掺杂碳的非贵金属氧还原催化剂Co-N/C-T.采用循环伏安(CV)法和线性扫描法(LSV)探究了氮源和金属源用量以及热处理温度对氧还原反应电催化活性的影响,活性最好的催化剂Co_(0.13)-N_(0.3)/C-800的峰电位达到0.829V(vs.RHE),接近商用Pt/C的活性,但比商用Pt/C有更好的耐甲醇性和稳定性.同时,采用SEM、TEM、BET、XRD和XPS方法表征了催化剂结构和组分特征,并提出催化剂可能的电催化活性氧还原反应机理.

Co-N-C氧还原反应电催化剂的制备及性能研究

锌空气电池可作为一种无污染、长效、稳定可靠的电源,但其阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction, ORR)缓慢的动力学过程严重阻碍了大规模应用。本文通过表面活化策略在炭黑上构筑不饱和位点用于锚定Co,再以不同质量比的尿素作为氮源,制备了不同氮掺杂量的催化剂,并测试了一系列催化剂的ORR活性,及其在不同电解液中活性的差异。将催化剂用于组装锌空气电池,开路电压达1.441 V,并表现出良好的放电性能,峰值功率密度可达123.5 mW·cm^(-2)。

氮掺杂碳载钴催化剂制备及其TG-FTIR和XRD光谱分析

以三聚氰胺甲醛树脂预聚体为氮源、碳源,以乙酸钴为金属前驱体,制备氮掺杂碳载钴氧还原电催化剂。利用傅里叶变换红外光谱与热重联用(thermogravimetry-fourier transform infrared spectroscopy,TG-FTIR)、X射线衍射光谱分析(X-ray diffraction spectra,XRD)等研究了催化剂的制备过程和结构,采用旋转圆盘电极测试(rotating disc electrode,RDE)考察了制备过程中不同炭化温度对催化剂氧还原催化活性的影响。结果显示,在惰性气氛中,随炭化温度升高,样品中部分有机基团以CO,CO2,HCHO,NH3,NO2等形态随保护气流失,催化剂结构出现明显变化,形成典型的面心立方结构。旋转圆盘电极测试结果表明,所制备的催化剂都具有较好的电催化活性,氮掺杂碳载钴催化剂的氧还原起始电位在0.5V(vs.SCE)左右,炭化温度为700℃时制备的催化剂具有最高电催化氧还原活性。

铁/氮共掺杂碳催化剂的制备及其电催化氧还原性能研究

以硫酸铁铵和硫酸铵为金属源和氮源、以活性炭为碳载体,采用高温热处理法合成了铁/氮共掺杂碳(Fe-N/C)催化剂。采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪表征催化剂的结构和组成,探究催化剂催化氧还原反应的活性位点。结果表明,Fe-吡啶氮-C结构是催化剂中最重要的催化活性位点。采用循环伏安法(CV)和线性扫描伏安法(LSV)研究了催化剂中氮含量对氧还原反应电催化活性的影响。结果表明催化剂Fe-N24.75/C-800催化活性最佳且峰电位达到0.91V(vs.RHE),接近Pt/C催化剂的活性,同时具有更好的甲醇耐受性,其催化氧还原反应的电子转移数为3.94。催化剂Fe-N24.75/C-800氧还原反应以4e转移、生成水的途径为主。

质子交换膜燃料电池氮掺杂碳基催化剂研究进展

简要介绍了近年来氮掺杂碳基催化剂在质子交换膜燃料电池阴极氧还原方面的应用发展状况,详细总结了最近几年有关氮掺杂碳基催化剂制备及机理方面的研究结果,包括氮源前驱体种类、金属前驱体种类、金属的含量、碳源前驱体种类、热处理工艺等影响催化剂氧还原活性的主要因素,并指出了目前研究中的难点以及未来的发展方向。

PEMFC非金属催化剂的研究进展

综述近几年质子交换膜燃料电池(PEMFC)非金属催化剂的研究进展,主要包括N、B、P、S等单一原子掺杂碳材料和多元掺杂凌材料。概述非金属催化剂面临的困难及发展方向。

NC-PC锚定微量Fe活化PMS降解水中2,4-二氯苯氧乙酸

采用分步热分解法制备了NC-PC(三维多孔碳材料)锚定的微量Fe基催化剂,用于活化过一硫酸盐(PMS)氧化降解水中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D).采用透射电子显微镜(TEM)、高精度比表面积仪(BET)、X射线光电子能谱分析(XPS)和电感耦合等离子体发射光谱分析(ICP)对催化剂进行表征.考察了不同金属、制备方法、催化剂投加量、PMS投加量、初始pH值以及水中不同阴离子Cl^(-)、NO_(3)^(-)、HCO_(3)-)对2,4-D降解的影响.结果表明,通过热分解法合成的Fe-NC-PC对2,4-D具有更好的降解效果,当2,4-D初始浓度为0.1mmol/L,初始pH=3.4,催化剂投加量0.15g/L,PMS浓度0.7mmol/L时,反应20min内2,4-D的去除率可达91%.随着催化剂投加量、PMS投加量的提高,2,4-D的降解效果提高;随着初始pH值的提高,2,4-D的降解效率逐渐降低;水中不同阴离子Cl^(-)、NO_(3)^(-)、HCO_(3)^(-)和腐殖酸(HA)对2,4-D的降解有轻微的抑制作用.通过自由基淬灭实验、EPR测试以及XPS分析了反应的主要活性物种和反应机理,发现材料制备过程中形成的Fe-Nx是主要的反应活性位,能够有效的活化PMS降解水中2,4-D,1O2在2,4-D的降解过程中起到主要作用.