质子交换膜燃料电池电极催化材料发展概况

质子交换膜燃料电池 (PEMFC)具有低温快速启动、比能量高、无噪音、无污染等诸多优点 ,在潜艇、航天、洁净电站、移动电源及电动汽车等各个领域具有广阔的应用前景 ,引起人们巨大关注。对PEMFC电极催化材料的发展现状作了简要概述 ,并指出为达到商业化目的 ,PEMFC关键材料、关键技术尚需作出较大突破。对于电极催化材料 ,应努力提高铂金属利用率 ,降低铂担载量 ,降低制造成本 ;应努力增强催化剂抗中毒能力 。

质子交换膜燃料电池电极催化剂的研究进展

催化剂的研究对降低质子交换膜燃料电池(PEMFC)的成本及其发展具有重要意义。介绍了PEMFC中阳极催化剂和阴极催化剂的研究进展。并根据目前的研究现状,提出了开发低铂含量合金电催化剂,无铂金属大环螯合物,以及其他具有同时可传导电子和质子能力的新型聚合物或带有吡啶形式N原子的碳化微孔聚合物为载体的催化剂可能成为研究热点。

双功能氧电极催化剂LaNiO_3掺杂改性的研究

采用溶胶 凝胶法制备了钙钛矿型双功能氧电极催化剂LaNiO3及其B位掺杂不同比例的Co和Fe系列,用X射线衍射分析(XRD)技术对催化剂进行了表征定性,并采用稳态阴阳极极化曲线和循环伏安方法考察了各种催化剂的氧还原和氧析出催化活性.结果表明,钙钛矿型催化剂LaNi0.8Fe0.2O3和LaNi0.8Co0.2O3用在双功能氧电极上具有良好的双向催化性能.

MnO@N-C双功能氧电极催化剂的制备与电化学性能

为了解决锰氧化物氧电极催化剂导电性差的问题,并进一步提高其催化活性,引入沸石咪唑酯骨架结构(ZIF8)材料与二氧化锰(MnO_(2))材料复合,经高温煅烧后,制得具有高稳定性和双功能催化活性的MnO@N-C催化剂。采用SEM、XRD、XPS对MnO@N-C催化剂进行表征,并将其用于锌空气电池,考察该催化剂的催化性能和电池性能。结果表明:ZIF8的加入为材料提供了丰富的氮(N)源和碳(C)源,增加了催化活性位点,提高了催化剂的导电性和活性,同时,通过2种材料之间的协同作用,使MnO@N-C催化剂实现了较高的双功能性能;催化剂在碱性电解液中的氧还原(ORR)半波电位为0.78 V,与Pt/C催化剂(0.81 V)相接近,同时MnO@N-C催化剂还具有较低的Tafel斜率(113.74 mV/dec);在10 mA/cm^(2)下催化剂的氧析出(OER)电位E_(j=10)为1.66 V,与贵金属催化剂IrO_(2)(1.66 V)相当;使用MnO@N-C催化剂组装的锌空气电池峰值功率密度达到121 mW/cm^(2),在10 mA/cm^(2)下可稳定循环80 h,显示MnO@N-C催化剂具有优异的电化学循环稳定性,是一种非常有前途的高性能锌空气电池氧电极双功能催化剂。

新型纳米结构推动燃料电池电极催化剂的发展

燃料电池是一种不受卡诺循环限制、清洁高效地将化学能转化为电能的能源转换装置。电催化剂是燃料电池的核心部件，在很大程度上决定了最终的放电性能。目前，碳载纳米铂（Pt／C）是最被广泛使用的燃料电池阳极燃料氧化反应和阴极氧气还原反应（ORR）的电催化剂。

超细Ni,Co-石墨层间化合物的制备及其电极催化性能

采用二步法先合成钾的石墨层间化合物，然后再通过它合成Ｃｏ，Ｎｉ系石墨层间化合物。化学分析、Ｘ射线衍射、Ｘ射线光电子能谱及透射电镜的分析结果表明，这些化合物中金属主要以正２价形态存在，化合物的粒度为纳米级。用微电极测试了它们在ＫＯＨ溶液中对氧还原的催化活性，发现Ｃ４８Ｃｏ及Ｃ４８Ｎｉ为好，尤以Ｃ４８Ｃｏ为优；加入Ｃ４８Ｃｏ的气体扩散电极的电流密度，比未加的高６８倍。用旋转圆盘电极研究了对氧的还原过程，发现该过程同时受扩散与化学反应两种作用的混合控制，反应电子数为２。

碱性燃料电池中氢电极催化剂的研究

Ｐｔ是燃料电池中氢氧化所常用的一种催化剂。为了提高Ｐｔ的利用率，充分发挥Ｐｔ的催化性能，制备出高度分散、载量低的Ｐｔ／Ｃ催化剂。研究了Ｐｄ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｌａ对Ｐｔ／Ｃ催化剂的影响，并以各种催化剂制备成电极，测量了电极的极化曲线。发现Ｐｔ－Ｎｉ－Ｌａ／Ｃ是一种很好的氢电极催化剂。

过渡金属碳化物负载的高性能纳米电极催化剂第一性原理研究

质子交换膜燃料电池因其环境友好,能量转换效率高,便携等优点受到研究者们的广泛关注.其传统的催化剂为Pt/C(Pt负载在炭黑上),但是Pt/C催化剂存在的Pt价格昂贵且易CO中毒、炭黑易腐蚀等问题,限制了质子交换膜燃料电池的广泛应用.亟待寻求廉价、高效、稳定的新型电极催化剂.运用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从原子、电子层面对过渡金属碳化物负载的纳米金属体系进行了对比研究,设计和筛选出了催化活性好、稳定性高的纳米复合催化剂,为新型电极催化剂的优化设计提供了理论指导.

锂-氧气电池氧电极催化的研究进展

锂-氧气电池由于具有极高的理论比能量而受到广泛关注,被认为是最具发展前景的下一代高比能二次电池体系.然而,其复杂的反应历程及迟滞的多相反应动力学使其充放电过程的极化严重,造成能量效率低下、倍率性能和循环性能较差等诸多问题,制约了其商业化应用进程.催化是改善反应动力学的关键,因此,氧电极催化剂的设计与开发成为锂-氧气电池的核心问题和研究重点.结合本课题组在这一体系的系统性研究工作,本文综述了近几年来锂-氧气电池氧电极催化的研究进展,分析了各类氧电极催化剂的优缺点,并展望了未来氧电极催化剂的研究方向.

液相放电-电极催化对罗丹明B的脱色研究

放电系统中加入TiO2催化剂能更有效地利用等离子体中各种高能量而产生氧化性高的.OH。文章以Ti为阳极,在直流电压下产生弧光放电,研究了其作用于罗丹明B模拟的印染废水的脱色效率,得到最佳放电电压、电极没水深度、电解质Na2SO4浓度、初始pH、罗丹明B初始浓度值,脱色率〉95%。通过与W、Al电极比较,发现Ti电极上形成的氧化膜能增强放电强度,且有催化作用,不同电压下脱色反应速率系数提高23.7%~149%。结果表明,Ti阳极上形成了液相放电-电极催化自然集成的体系,在废水处理中是有发展前景的技术。

纳米PbO/Ti电极催化还原偏硼酸锂制备硼氢化锂

在乙二醇甲醚溶液中电解铅片,制备了铅醇盐配合物,然后将溶液直接水解、凝胶,再通过提拉法涂抹在钛丝表面,450℃煅烧2 h制备纳米PbO/Ti电极。将PbO/Ti电极在0.2～1.0 mol/L LiOH+0.1～0.5 mol/L LiBO2溶液测试催化还原性能,研究了影响电解还原LiBO2制备硼氢化锂(LiBH4)的主要因素,如LiBO2和LiOH浓度等。通过X射线粉末衍射和扫描电子显微镜对PbO/Ti电极和LiBH4进行了表征。实验表明,纳米PbO/Ti电极表面颗粒分散较好,修饰电极催化性能稳定,放电电流较大,产率和电流效率分别达15.6%和25.3%。

一种三维电极反应器的粒子电极催化剂填料及其制备方法

该发明公开了一种三维电极反应器的粒子电极催化剂填料（简称催化剂填料）及其制备方法。催化剂填料由改性活性炭和涂膜活性炭组成，按质量分数计，其中改性活性炭为60％～70％，涂膜活性炭为30％～40％。

固体高分子型燃料电池电极催化剂

日本首都大学与大阪大学新近共同开发成功固体高分子型燃料电池（PEFC）电极用新型催化剂，通常使用的催化剂多为白金。此次研发的催化剂则是一种白金与WC颗粒等组成的复合材料，既保持了PEFC的发电性能又大大减少了白金用量，降低了电极制造成本。新型催化剂是将白金、碳和WC颗粒混合，通过强力机械处理而复合，从而提高了单位白金用量中高活性白金的比率。

甲醇燃料电池的电极催化剂研究

1、前言在直接甲醇燃料电池(DMFC)中,电极催化剂是与离子交换膜片同等最重要的部件。在 DMFC 用的电极催化剂的最大难点是阳极上的甲醇氧化反应的超电压这个很大的问题。其原因主要是由于甲醇在氧化的过程中所产生的中间生成物 CO

我国科学家找到新型电极催化剂将二氧化碳转化成液体燃料

中国科技大学化学与材料科学学院谢毅、孙永福及其研究团队,近日找到一种新的电极催化剂,可以将二氧化碳转化成液体燃料。 研究人员利用钴和氧化钴混合物特定的原子排列方法,让原先并不具有二氧化碳催化活性的材料转化为超越早前所有报道过的电催化剂,相关研究成果发表在2016年1月7日出版的《自然》杂志上。

Ni_(3)S_(2)@NiCe-LDH/NF电极的电催化析氧行为

通过水热法和快速电沉积法制备了Ni_(3)S_(2)@NiCe-LDH/NF催化电极。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对催化电极的物相、形貌和化学态结构进行表征,并在1.0 mol/L KOH碱性电解液中测试了其电催化析氧反应(OER)性能。结果表明:Ni_(3)S_(2)@NiCe-LDH/NF催化电极为雾凇状结构,在OER过程中驱动电流密度为20 mA/cm^(2)时需要339 mV的过电位,并具有53.22 mV/dec的低Tafel斜率,以及表现出良好的催化活性和稳定性。

NiMoN催化电极材料的制备及其电解海水制氢性能

以四水合钼酸铵为钼源、六水合硝酸镍为镍源,采用水热法在泡沫镍基底上制备前驱体NiMoO4纳米棒阵列,然后通过热氮化法得到具有棒状阵列结构的NiMoN催化电极材料(简称NiMoN)。采用X射线衍射和扫描电子显微镜对NiMoN的物相结构和表面形貌进行表征;通过线性扫描伏安法、塔菲尔斜率、电化学阻抗谱等电化学测试手段,对NiMoN的半反应析氧(OER)、析氢(HER)以及全解水性能进行测试。结果表明,在碱性淡水和碱性模拟海水电解液中,NiMoN均显示了突出的OER活性,产生100.00 mA/cm^(2)的电流密度分别需要293、340 mV的过电位;NiMoN‐9具有较好的HER活性,在两种电解液中产生100.00 mA/cm^(2)的电流密度分别需要361、400 mV的过电位;NiMoN‐9具有良好的全解水性能,在两种电解液中产生100.00 mA/cm^(2)的电流密度所需电压分别为2.016、2.032 V,且可稳定运行55 h以上。

高性能自支撑氧催化电极基底材料的研究进展

在“碳达峰”和“碳中和”的时代背景下,电解水、金属空气电池、燃料电池等清洁能源技术由于具有能量效率高、安全性好、结构简单和清洁环保等优点受到广泛关注.然而,发生在氧催化电极上的关键反应——氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)具有缓慢的动力学,很大程度上阻碍了其商业化应用.传统氧催化电极存在合成过程繁琐、可控性低、均一性差、成本高和载体催化剂易团聚等问题,限制了其催化性能.自支撑氧催化电极的高催化活性位点、高稳定性等优势可以完美解决传统电极面临的问题.本文介绍了自支撑氧催化电极基底材料的研究进展以及合成方法,并讨论了影响自支撑氧催化电极ORR/OER催化性能的因素,最后对自支撑氧催化电极未来的研发方向和发展趋势提出展望.

高熵合金电解水电极的研究进展

开发合适的催化材料,制备出高性能、大规模、低成本的催化电极,可减少电解水过程的能量消耗、提升制氢效率。高熵合金由于具有高催化活性,在催化电极应用方面受到广泛关注。综述了应用于电解水过程中析氢反应和析氧反应的高熵合金催化电极的研究进展。首先简述了电解水制氢的工业背景和电化学原理;分析了高熵合金催化活性的来源,即杂化能带结构带来的更为合理的表面吸附能和更多的表面活性位点,以及其特有的高熵效应与“鸡尾酒”效应对整体催化活性的影响;接着讨论了高熵合金的成分设计理念,即通过非贵金属元素的替代来降低成本,同时通过改变合金化元素含量提高高熵合金的内禀活性、增加表面活性位点数量;介绍了第一性原理计算在高熵合金催化机理研究、催化表面吸附能调控、合金成分高通量筛选中的应用;总结了高熵合金平板、多孔、负载纳米颗粒催化电极制备的工艺特点,以及其中的问题与挑战;最后对未来高熵合金电催化电极的发展前景和研究方向进行了展望。

分级三维结构高活性自支撑NiO_(x)H_(y)电化学析氧催化电极制备研究

氢能技术是当前最具前景的洁净能源技术之一,而电解水制氢作为其中的关键一环,其阴阳极的两个半反应对贵金属的过分依赖极大地限制了电解水技术的商业化应用。为寻求低成本、耐用和高效的替代材料,以泡沫镍为镍源,使用苯甲醇作为有机溶剂,在水热条件下实现泡沫镍表面的有机无机界面反应,生长得到了分级三维结构NiO_(x)H_(y)。这种分级三维结构可以增加自支撑催化电极的电化学析氧反应(OER)活性。同时,由于NiO_(x)H_(y)是原位生长在泡沫镍基底上,催化剂表现出卓越的稳定性。通过一系列的电化学测试可知,得到的NiO_(x)H_(y)是一种高活性、高稳定性的碱性OER催化剂,具备在商业电解池中使用的潜力。