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碳限域Li_(3)VO_(4)纳米材料的制备及其储锂性能
1
作者
范佳琪
宋焕巧
+2 位作者
安佳莹
阿依达娜·阿曼太
陈默
《电化学(中英文)》
CAS
北大核心
2023年第11期19-27,共9页
采用水热-固相两步合成法合成了碳限域Li_(3)VO_(4)纳米材料(Li_(3)VO_(4)/C),并与相同的方法合成的非限域Li_(3)VO_(4)(N)纳米材料和固相法合成的Li_(3)VO_(4)(B)材料进行了对比。通过XRD、Raman、TEM、BET等表征方法,研究了所合成材...
采用水热-固相两步合成法合成了碳限域Li_(3)VO_(4)纳米材料(Li_(3)VO_(4)/C),并与相同的方法合成的非限域Li_(3)VO_(4)(N)纳米材料和固相法合成的Li_(3)VO_(4)(B)材料进行了对比。通过XRD、Raman、TEM、BET等表征方法,研究了所合成材料的组成、结构、形貌及比表面积,发现碳限域Li_(3)VO_(4)具有更小的晶粒大小,限域层的厚度为2–4 nm,且限域后提高了Li_(3)VO_(4)的比表面积和孔体积。用作锂离子电池负极材料时Li_(3)VO_(4)/C具有比Li_(3)VO_(4)(N)和Li_(3)VO_(4)(B)更高的储锂容量,更好的倍率性能和更稳定的循环性能。经分析认为,在Li_(3)VO_(4)/C材料中碳限域层减小了其在充放电过程中的欧姆极化,增大了材料的比表面积,因而提高了电解液的渗透效率和与活性材料的接触面积,缩短了锂离子的扩散路径,故提高了电化学性能。
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关键词
碳限域
Li_(3)VO_(4)
水热-固相法
负极材料
倍率性能
下载PDF
职称材料
利用MOF-253衍生氮掺杂碳限域效应促进Pt纳米单晶电催化剂的氧析出反应
被引量:
1
2
作者
Hellen Gabriela Rivera Monestel
Ibrahim Saana Amiinu
+3 位作者
Andrés Alvarado González
蒲宗华
BibiMaryam Mousavi
木士春
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期839-846,共8页
目前,为了有效解决电化学能量转化反应动力学过程缓慢和商业化应用等问题,需要大力提高催化剂的电催化活性和稳定性,并大幅降低贵金属催化剂的用量.通常,铂(Pt)基催化剂对燃料电池的氧还原反应(ORR)和水电解过程的氢析出反应(HER)表现...
目前,为了有效解决电化学能量转化反应动力学过程缓慢和商业化应用等问题,需要大力提高催化剂的电催化活性和稳定性,并大幅降低贵金属催化剂的用量.通常,铂(Pt)基催化剂对燃料电池的氧还原反应(ORR)和水电解过程的氢析出反应(HER)表现出很高的活性.然而,对于高效的金属-空气电池和水电解装置,其中的氧析出反应(OER)则需要高活性的非Pt电催化剂来降低电化学过电位及提高其对高电位的耐受性.虽然相较于Pt催化剂,IrO2和RuO2等贵金属催化剂表现出了更高的OER活性,然而,它们的稳定性差,难以满足实际应用需求,严重阻碍了其在金属-空气电池和水电解中的应用.通常,Pt对OER的低效催化主要归因于在OER电催化过程中Pt与电解液直接接触,导致Pt表面快速被氧化,形成Pt氧化物(Pt^+4O2和Pt^+2O)层.形成的Pt氧化物对OER不起催化作用,从而降低了Pt的利用率和总的水电解效率.为了避免Pt表面的快速氧化,实现高的OER性能,我们将Pt金属纳米粒子有效地限域在超薄功能多孔碳层内.前期,已有大量的有关金属基ORR和HER催化剂研究证明,这种策略对于稳定金属纳米颗粒非常有效,可有效避免金属催化剂的快速氧化,而且还可抑制金属颗粒迁移和团聚;此外,还有利于增强催化剂的导电性和离子物种的扩散能力,从而提高催化剂的电催化性能.然而,要达到提高金属催化剂OER电催化性能的目的,还需要设计一种具有优良结构的功能化异质原子掺杂多孔碳基限域材料.金属有机框架(MOF),特别是MOF-253,由于具有较高的柔韧性、丰富的孔、可控的几何结构和高比表面积,被认为是制备功能多孔碳基限域材料的理想前驱体.为此,通过结合功能多孔碳基材料的限域作用及MOF-253和超细Pt纳米单晶的优势,本文合成了MOF-253衍生氮掺杂碳(N/C)限域的Pt纳米单晶(Pt@N/C)核壳型电催化剂.制备的Pt-N-C框架不仅具有超薄的氮掺杂活性多孔碳保护层壳体(平均厚度为0.51 nm),还有具高度分散和稳定化的Pt纳米单晶核体;值得指出的是,因受到碳层的限域作用,即使经900℃的高温处理,Pt纳米单晶仍保持了较小的晶体尺寸(平均粒径仅为6.7 nm);此外,该催化剂的Pt载量较低,仅为6.1wt%(Pt@N/C-10).将其作为OER电催化剂,表现出优异的OER性能:在10 mA cm^-2电流密度下,其过电位仅为298 mV,低于商业IrO2催化剂(353 mV);而且,经2000周加速电位扫描后,其电位仅降低19.4 mV,也低于IrO2(23.3 mV).本文很好地证明了通过构建空间限域结构可以有效解决Pt等金属催化剂因表面氧化而导致OER动力学活性和稳定性低的问题.
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关键词
Pt
MOF-253
碳限域
氧析出反应
电催化剂
下载PDF
职称材料
题名
碳限域Li_(3)VO_(4)纳米材料的制备及其储锂性能
1
作者
范佳琪
宋焕巧
安佳莹
阿依达娜·阿曼太
陈默
机构
北京石油化工学院新材料与化工学院并氢能研究中心
燃料清洁化及高效催化减排技术北京市重点实验室
出处
《电化学(中英文)》
CAS
北大核心
2023年第11期19-27,共9页
基金
国家自然科学基金项目(No.21805012)
北京市自然科学基金项目(No.2182015)
北京市大学生研究训练计划项目(No.2021J00129)资助。
文摘
采用水热-固相两步合成法合成了碳限域Li_(3)VO_(4)纳米材料(Li_(3)VO_(4)/C),并与相同的方法合成的非限域Li_(3)VO_(4)(N)纳米材料和固相法合成的Li_(3)VO_(4)(B)材料进行了对比。通过XRD、Raman、TEM、BET等表征方法,研究了所合成材料的组成、结构、形貌及比表面积,发现碳限域Li_(3)VO_(4)具有更小的晶粒大小,限域层的厚度为2–4 nm,且限域后提高了Li_(3)VO_(4)的比表面积和孔体积。用作锂离子电池负极材料时Li_(3)VO_(4)/C具有比Li_(3)VO_(4)(N)和Li_(3)VO_(4)(B)更高的储锂容量,更好的倍率性能和更稳定的循环性能。经分析认为,在Li_(3)VO_(4)/C材料中碳限域层减小了其在充放电过程中的欧姆极化,增大了材料的比表面积,因而提高了电解液的渗透效率和与活性材料的接触面积,缩短了锂离子的扩散路径,故提高了电化学性能。
关键词
碳限域
Li_(3)VO_(4)
水热-固相法
负极材料
倍率性能
Keywords
Carbon confinement
Li_(3)VO_(4)
Hydrothermal and solid phase method
Anode material
Rate capability
分类号
TB383.1 [一般工业技术—材料科学与工程]
TM912 [电气工程—电力电子与电力传动]
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职称材料
题名
利用MOF-253衍生氮掺杂碳限域效应促进Pt纳米单晶电催化剂的氧析出反应
被引量:
1
2
作者
Hellen Gabriela Rivera Monestel
Ibrahim Saana Amiinu
Andrés Alvarado González
蒲宗华
BibiMaryam Mousavi
木士春
机构
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验
武汉理工大学化学化工与生命科学学院
出处
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020年第5期839-846,共8页
基金
国家自然科学基金(51672204)
国家重点研发计划课题(2016YFA0202603).
文摘
目前,为了有效解决电化学能量转化反应动力学过程缓慢和商业化应用等问题,需要大力提高催化剂的电催化活性和稳定性,并大幅降低贵金属催化剂的用量.通常,铂(Pt)基催化剂对燃料电池的氧还原反应(ORR)和水电解过程的氢析出反应(HER)表现出很高的活性.然而,对于高效的金属-空气电池和水电解装置,其中的氧析出反应(OER)则需要高活性的非Pt电催化剂来降低电化学过电位及提高其对高电位的耐受性.虽然相较于Pt催化剂,IrO2和RuO2等贵金属催化剂表现出了更高的OER活性,然而,它们的稳定性差,难以满足实际应用需求,严重阻碍了其在金属-空气电池和水电解中的应用.通常,Pt对OER的低效催化主要归因于在OER电催化过程中Pt与电解液直接接触,导致Pt表面快速被氧化,形成Pt氧化物(Pt^+4O2和Pt^+2O)层.形成的Pt氧化物对OER不起催化作用,从而降低了Pt的利用率和总的水电解效率.为了避免Pt表面的快速氧化,实现高的OER性能,我们将Pt金属纳米粒子有效地限域在超薄功能多孔碳层内.前期,已有大量的有关金属基ORR和HER催化剂研究证明,这种策略对于稳定金属纳米颗粒非常有效,可有效避免金属催化剂的快速氧化,而且还可抑制金属颗粒迁移和团聚;此外,还有利于增强催化剂的导电性和离子物种的扩散能力,从而提高催化剂的电催化性能.然而,要达到提高金属催化剂OER电催化性能的目的,还需要设计一种具有优良结构的功能化异质原子掺杂多孔碳基限域材料.金属有机框架(MOF),特别是MOF-253,由于具有较高的柔韧性、丰富的孔、可控的几何结构和高比表面积,被认为是制备功能多孔碳基限域材料的理想前驱体.为此,通过结合功能多孔碳基材料的限域作用及MOF-253和超细Pt纳米单晶的优势,本文合成了MOF-253衍生氮掺杂碳(N/C)限域的Pt纳米单晶(Pt@N/C)核壳型电催化剂.制备的Pt-N-C框架不仅具有超薄的氮掺杂活性多孔碳保护层壳体(平均厚度为0.51 nm),还有具高度分散和稳定化的Pt纳米单晶核体;值得指出的是,因受到碳层的限域作用,即使经900℃的高温处理,Pt纳米单晶仍保持了较小的晶体尺寸(平均粒径仅为6.7 nm);此外,该催化剂的Pt载量较低,仅为6.1wt%(Pt@N/C-10).将其作为OER电催化剂,表现出优异的OER性能:在10 mA cm^-2电流密度下,其过电位仅为298 mV,低于商业IrO2催化剂(353 mV);而且,经2000周加速电位扫描后,其电位仅降低19.4 mV,也低于IrO2(23.3 mV).本文很好地证明了通过构建空间限域结构可以有效解决Pt等金属催化剂因表面氧化而导致OER动力学活性和稳定性低的问题.
关键词
Pt
MOF-253
碳限域
氧析出反应
电催化剂
Keywords
Pt
MOF-253
Carbon confinement
Oxygen evolution reaction
Electrocatalyst
分类号
O643.36 [理学—物理化学]
TM911.4 [电气工程—电力电子与电力传动]
下载PDF
职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
碳限域Li_(3)VO_(4)纳米材料的制备及其储锂性能
范佳琪
宋焕巧
安佳莹
阿依达娜·阿曼太
陈默
《电化学(中英文)》
CAS
北大核心
2023
0
下载PDF
职称材料
2
利用MOF-253衍生氮掺杂碳限域效应促进Pt纳米单晶电催化剂的氧析出反应
Hellen Gabriela Rivera Monestel
Ibrahim Saana Amiinu
Andrés Alvarado González
蒲宗华
BibiMaryam Mousavi
木士春
《Chinese Journal of Catalysis》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2020
1
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