限域型贵金属氧还原反应电催化剂研究进展

开发高效的氧还原反应电催化剂是实现质子交换膜燃料电池规模化应用的关键技术之一。目前常用的贵金属催化剂成本较高,并且稳定性仍需改善。物理限域是改善催化剂稳定性的有效策略,在不影响贵金属催化剂催化活性的前提下,物理限域层不仅可以抑制催化剂的烧结,还能够减少催化剂在反应过程中的团聚、脱落以及溶解等问题,从而提升催化剂的寿命。本文回顾了近年来用于电催化氧还原反应的限域型贵金属催化剂,主要包括导电聚合物限域、非金属氧化物限域、金属氧化物限域以及碳层限域的贵金属催化剂。根据限域层制备策略不同,重点分析了限域层的孔结构、导电性、致密性、抗腐蚀性与催化剂性能之间的构效关系。着重介绍了实现碳层限域的三种策略,包括“沉积-转化”、“嵌入-转化”以及“一步热解”。分析表明,通过构筑具有丰富孔结构、高导电性及合适厚度的限域层能够在保证活性的同时显著提升催化剂稳定性。最后对全文进行了总结并对当前存在的问题进行了整理,同时对未来限域型催化剂的发展进行了展望。

钛基化合物在锂硫电池中的应用

锂硫电池是极具实用前景的新型高能量密度电池体系之一,但在充放电过程中会产生可溶于液态电解液的多硫化锂,引发穿梭效应和硫的快速损失,导致电池的容量和循环性能难以满足实用化的要求。钛基化合物的结构多样且易于调控,对多硫化锂也有较强的吸附能力和催化转化活性,是抑制穿梭效应的常用材料之一。主要介绍了钛基化合物对多硫化锂的物理限域、化学吸附和催化转化能力等性质,系统讨论了不同种类的钛基化合物在锂硫电池正极中的作用,在此基础上对钛基化合物在锂硫电池中的应用前景进行了探讨。

石墨烯包覆的硫填充碳纳米笼自支撑整体材料的制备及其锂硫电池性能研究

锂硫电池具有理论能量密度高、活性物质价廉、毒性低等优点,是最具发展潜力的高能量二次电池之一,其应用仍存在硫面载量小、循环寿命短和库伦效率低等难题.制备了石墨烯包覆的硫填充碳纳米笼自支撑整体材料,可直接用作锂硫电池正极,避免使用粘结剂、导电剂和集流体,当硫的面载量为3.8 mg·cm^(-2)时,锂硫电池展现出高的可逆比容量(1104 mAh·g^(-1))、优异的循环稳定性(每圈容量衰减率仅为0.049%@1.0 A·g^(-1))和>99.9%的库伦效率,其面积比容量(3.7 mAh·cm^(-2))处于锂硫电池的先进水平.该电极的优异性能可归因于以下因素的协同作用:碳纳米笼的物理限域作用及石墨烯中含氧官能团的化学吸附作用有效抑制了活性物质的流失,微孔-介孔-大孔共存的分级孔结构和高导电性利于离子和电子的传输,纳米笼空腔填充有利于缓解体积膨胀造成的影响,整体材料的自支撑稳定结构有利于增加硫载量且维持电化学性能.本研究还提供了一种工艺简单、能有效提高面积比容量的硫正极制备方法.