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过渡金属氮碳复合阴极材料研究进展 被引量:1
1
作者 王光华 杨喜昆 徐明丽 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2014年第24期10-13,共4页
过渡金属氮碳复合材料具有优异的电催化性能,被广泛应用于燃料电池阴极。综述了过渡金属氮碳复合阴极材料的研究现状和制备方法,讨论了热处理工艺对过渡金属氮碳复合阴极材料电化学性能的影响和可能的催化机理,指出了过渡金属氮碳复合... 过渡金属氮碳复合材料具有优异的电催化性能,被广泛应用于燃料电池阴极。综述了过渡金属氮碳复合阴极材料的研究现状和制备方法,讨论了热处理工艺对过渡金属氮碳复合阴极材料电化学性能的影响和可能的催化机理,指出了过渡金属氮碳复合阴极材料目前存在的问题和今后的研究方向。 展开更多
关键词 过渡金属氮碳复合材料 燃料电池 阴极材料 热处理
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基于专利视角的燃料电池领域过渡金属氮碳M-N-C催化剂的研究进展
2
作者 刘浩英 司彦斌 《高科技与产业化》 2024年第6期29-34,共6页
燃料电池因其高效率、绿色安全和节能环保等优势备受关注。氧还原ORR催化剂的研发是该领域的研发热点,铂族贵金属催化剂目前具有较高的ORR活性,但其具有成本较高,耐受性差,稳定性差等问题,而过渡金属氮碳M-N-C催化剂被认为是最有希望替... 燃料电池因其高效率、绿色安全和节能环保等优势备受关注。氧还原ORR催化剂的研发是该领域的研发热点,铂族贵金属催化剂目前具有较高的ORR活性,但其具有成本较高,耐受性差,稳定性差等问题,而过渡金属氮碳M-N-C催化剂被认为是最有希望替代铂基催化剂的材料。笔者从专利分析的角度出发,分析过渡金属氮碳M-N-C催化剂的相关专利申请发展趋势,专利申请地域分布,重点申请人以及该领域的重要专利等,为过渡金属氮碳M-N-C催化剂的发展提供智力支撑。 展开更多
关键词 燃料电池 过渡金属/-催化剂 M-N-C 氧还原 专利分析
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电化学氧还原反应合成H_(2)O_(2)碳基催化剂研究进展 被引量:3
3
作者 何峰 张静静 +2 位作者 陈奕君 张建 王得丽 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1963-1976,共14页
电化学氧还原反应(ORR)合成H_(2)O_(2)是一种低成本、无污染的绿色合成方法。但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性。近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、... 电化学氧还原反应(ORR)合成H_(2)O_(2)是一种低成本、无污染的绿色合成方法。但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性。近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、调控方法多样,被广泛应用于该领域。本文首先简要介绍了电催化ORR合成H_(2)O_(2)的机理,并根据机理分析了影响电化学合成H_(2)O_(2)催化性能的关键因素。接着阐述了提升碳基ORR催化剂活性与二电子选择性的策略,并着重介绍了非金属原子掺杂碳材料和过渡金属氮碳材料。最后,总结了碳基催化剂在电化学合成H_(2)O_(2)中存在的问题和面临的挑战,对碳基催化剂在电合成H_(2)O_(2)中应用的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 电化学合成 2电子氧还原反应 过氧化氢 掺杂材料 过渡金属氮碳催化剂
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Cu-N共掺杂碳基催化剂的制备及其氧还原性能 被引量:1
4
作者 李思佳 朱杰 +2 位作者 郑继明 耿继业 李义兵 《无机化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第4期627-635,共9页
为了解决燃料电池阴极催化剂价格昂贵、稳定性差等问题,使用α-亚硝基-β-萘酚铜、三聚氰胺和导电碳黑通过简单的热处理制备Cu、N共掺杂的碳基催化剂(Cu-N-KB)。表征结果证实Cu、N均匀分布在碳载体中,其中铜以晶态铜粒子和非晶态的Cu-N... 为了解决燃料电池阴极催化剂价格昂贵、稳定性差等问题,使用α-亚硝基-β-萘酚铜、三聚氰胺和导电碳黑通过简单的热处理制备Cu、N共掺杂的碳基催化剂(Cu-N-KB)。表征结果证实Cu、N均匀分布在碳载体中,其中铜以晶态铜粒子和非晶态的Cu-Nx两种方式存在,该催化剂高的比表面积与介孔结构确保了其大量的活性位点和快速的传质效率。该催化剂在碱性介质中表现出比商业Pt/C催化剂优异的氧还原催化性、抗甲醇性和稳定性。 展开更多
关键词 氧气还原反应 过渡金属-共掺杂 铜粒子
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基于α-Al_(2)O_(3)载体管的新型MXene膜异丙醇脱水性能
5
作者 张国春 周志辉 吴红丹 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期5381-5389,共9页
二维过渡金属碳(氮)化合物MXene(Ti_(3)C_(2)T_(x))因其亲水性且层间距可调在膜分离领域得到了广泛关注,但层流状MXene膜易从基底上剥离,因而选取合适的基底材料并增加MXene膜与基底材料的黏附性是其工业应用的关键。以大孔α-Al_(2)O_... 二维过渡金属碳(氮)化合物MXene(Ti_(3)C_(2)T_(x))因其亲水性且层间距可调在膜分离领域得到了广泛关注,但层流状MXene膜易从基底上剥离,因而选取合适的基底材料并增加MXene膜与基底材料的黏附性是其工业应用的关键。以大孔α-Al_(2)O_(3)陶瓷管为载体,采用α-Al_(2)O_(3)颗粒和SiO_(2)-ZrO_(2)溶胶对其进行修饰,通过自交联反应制备得到MXene渗透汽化分离膜材料。探究了Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片负载量、异丙醇浓度、运行温度对MXene膜在异丙醇/水体系中渗透汽化分离性能的影响。结果表明:MXene纳米片形成的层状结构有利于阻隔大直径的异丙醇分子通过层间孔道,当MXene纳米片负载量为1.97mg/cm^(2)时,MXene膜在55℃对质量分数为90%的异丙醇/水溶液表现出较高的脱水性能,其渗透侧含水率为95.51%,通量可达485.13g/(m^(2)·h)。基于大孔α-Al_(2)O_(3)载体管的新型MXene膜结构稳定,分离性能良好,在渗透汽化有机溶剂脱水方面具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 二维过渡金属()化合物 Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片 α-Al_(2)O_(3)载体管 渗透汽化 异丙醇 分离
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MXene制备及其改性聚乳酸的应用研究进展
6
作者 张军 贾仕奎 +3 位作者 闫宗莹 赵武学 朱艳 梁文俊 《塑料工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期22-29,69,共9页
近年来,由于二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)具有相对较高的表面积、优异的力学强度、高的电导率、功能性过渡金属表面、可调的表面化学性质和良好的溶剂分散性等特性,已成为热点的二维材料。本文重点综述了国内外MXene的制备方法,讨论了... 近年来,由于二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)具有相对较高的表面积、优异的力学强度、高的电导率、功能性过渡金属表面、可调的表面化学性质和良好的溶剂分散性等特性,已成为热点的二维材料。本文重点综述了国内外MXene的制备方法,讨论了MXene在合成和表面改性方面的可能性和面临的挑战。同时,以生物来源且可降解聚乳酸为例,系统综述了MXene改性聚乳酸的力学性能、生物相容性、可降解性、阻燃性能和电磁屏蔽性能等方面的应用最新进展。 展开更多
关键词 过渡金属()化物 二维材料 聚乳酸 改性 研究进展
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氧还原碳基非贵金属电催化剂研究进展 被引量:18
7
作者 钟国玉 王红娟 +1 位作者 余皓 彭峰 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第10期943-966,共24页
质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换装置,具有环境友好、能量密度高、转化效率高等优点,能够应用于便携能源及燃料电池电动车领域.但燃料电池阴极氧还原需要大量的铂基催化剂,铂价格昂贵、储量有限、易中毒的缺... 质子交换膜燃料电池是一种直接将化学能转化为电能的能量转换装置,具有环境友好、能量密度高、转化效率高等优点,能够应用于便携能源及燃料电池电动车领域.但燃料电池阴极氧还原需要大量的铂基催化剂,铂价格昂贵、储量有限、易中毒的缺点限制了它的实际应用.因此,开发低成本、高活性、高稳定性的阴极非贵金属催化剂将能够显著推动质子交换膜燃料电池的大规模商业化应用.其中碳基非贵金属催化剂作为最有可能替代铂的氧还原催化剂,引起了广泛的研究.基于此,本文首先简单介绍了氧还原的机理;其次将碳基非贵金属催化剂分为过渡金属氮碳催化剂和非金属掺杂碳催化剂,对它们在材料制备和活性中心的研究进行了总结和讨论;最后,报道了碳基非贵金属催化剂在质子交换膜燃料电池单电池中的应用进展. 展开更多
关键词 燃料电池 氧还原 非贵金属催化剂 材料 电催化 过渡金属氮碳 掺杂 单电池
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Influence of the metal sites of M-N-C(M=Co, Fe, Mn) catalysts derived from metalloporphyrins in ethylbenzene oxidation 被引量:9
8
作者 付玲玲 鲁怡娟 +1 位作者 刘志刚 朱润良 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期398-404,共7页
Transition metal catalysts M-N-C(M = Co,Fe,Mn) were synthesized by a template-free method by heating meso-tetraphenyl porphyrins(i.e.CoTPP,FeTPPCl,MnTPPCl) precursors.The catalysts were characterized by N2 adsorpt... Transition metal catalysts M-N-C(M = Co,Fe,Mn) were synthesized by a template-free method by heating meso-tetraphenyl porphyrins(i.e.CoTPP,FeTPPCl,MnTPPCl) precursors.The catalysts were characterized by N2 adsorption-desorption,thermogravimetry,high-resolution transmission electron microscopy,and Raman and X-ray photoelectron spectroscopy.The selective oxidation of ethylbenzene with molecular oxygen under a solvent-free condition was carried out to explore the catalytic performance of the M-N-Cs,which exhibited different catalytic performance.That was ascribed to the difference in M(Co,Fe,Mn) and different graphitization degree forming during the heating process,in which M(Co,Fe,Mn) might have different catalytic activity on the formation of the M-N-C catalyst.All the M-N-C composites had remarkable recyclability in the selective oxidation of ethylbenzene. 展开更多
关键词 M(cobalt iron manganese)-N-C Transition metal Nitrogen-doped carbon PORPHYRIN Ethylbenzene oxidation
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碳基非贵金属氧还原催化剂活性位点的研究进展 被引量:1
9
作者 王跃民 罗二桂 +3 位作者 肖梅玲 葛君杰 刘长鹏 邢巍 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期554-564,共11页
铂基催化剂是目前氢氧燃料电池中实际应用的阴极氧还原催化剂,由于铂昂贵的价格以及稀缺性,开发非贵金属氧还原催化剂对于氢氧燃料电池的规模化应用非常必要.碳基非贵金属氧还原催化剂,包括金属-氮掺杂碳(M–N–C)材料和非金属杂原子掺... 铂基催化剂是目前氢氧燃料电池中实际应用的阴极氧还原催化剂,由于铂昂贵的价格以及稀缺性,开发非贵金属氧还原催化剂对于氢氧燃料电池的规模化应用非常必要.碳基非贵金属氧还原催化剂,包括金属-氮掺杂碳(M–N–C)材料和非金属杂原子掺杂碳材料,是目前最重要也是研究最广泛的两类非贵金属氧还原催化剂.对其活性位点的认知是研究热点之一,也是明显提高性能和宏量制备的关键所在.对于金属-氮掺杂碳催化剂,目前受到广泛认可的活性位点包括:M–N_x/C(x=1,2,3,4)、Nx–C、包覆的纳米金属粒子活化的碳层等.对于非金属杂原子掺杂碳材料(如氮掺杂碳材料),氮原子毗邻的碳原子一般被认为是活性位点.但由于原料本身、制备过程等因素,可能引入痕量的金属元素,严格意义上的非金属杂原子掺杂碳材料难以制备,使得明确其活性位点非常困难.结合本研究组在该领域的工作,本文介绍了当前上述两类催化剂在研究方面的进展,总结分析了几种对活性位点探索和确认的主流认识,以期有助于碳基非贵金属氧还原催化剂的进一步研究. 展开更多
关键词 过渡金属-掺杂材料 杂原子掺杂材料 氧还原反应 活性位点
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M(M=Fe,Co,Mn)-N-C催化剂用于燃料电池的氧化还原反应 被引量:3
10
作者 刘扬 张靖佳 +2 位作者 王红霞 赵磊 王振波 《电池工业》 CAS 2021年第6期308-316,共9页
由于化石燃料的加速枯竭和随之而来的环境污染,燃料电池作为高效的能量转换装置受到了广泛的关注。其中铂基催化剂具有较高的催化活性,但是铂基电催化剂易受到燃料交叉的影响,稳定性差,从而限制了其大量应用于市场的前景。目前,开发出... 由于化石燃料的加速枯竭和随之而来的环境污染,燃料电池作为高效的能量转换装置受到了广泛的关注。其中铂基催化剂具有较高的催化活性,但是铂基电催化剂易受到燃料交叉的影响,稳定性差,从而限制了其大量应用于市场的前景。目前,开发出具有成本效益,高活性和稳定性的氧化还原电催化剂,以取代铂基电极是至关重要的,过渡金属氮掺杂碳催化剂被认为是铂基催化剂中的最有前景的替代品。本文介绍了M-N-C催化剂中Fe-N-C、Co-N-C、Mn-N-C常见的制备方法,并探讨了过渡金属,氮源和碳载体对M-N-C催化活性的影响,介绍了三种可以提高催化活性的方法,分别是增大催化剂的比表面积、提高催化剂的反应温度以及增加催化剂中的非金属杂原子,最后展望了M-N-C催化剂的发展前景。 展开更多
关键词 燃料电池 氧化还原 过渡金属/-催化剂
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Strategies to improve electrocatalytic and photocatalytic performance of two-dimensional materials for hydrogen evolution reaction 被引量:12
11
作者 Saisai Li Jianrui Sun Jingqi Guan 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期511-556,共46页
Two-dimensional materials(2D)with unique physicochemical properties have been widely studied for their use in many applications,including as hydrogen evolution catalysts to improve the efficiency of water splitting.Re... Two-dimensional materials(2D)with unique physicochemical properties have been widely studied for their use in many applications,including as hydrogen evolution catalysts to improve the efficiency of water splitting.Recently,typical 2D materials MoS2,graphene,MXenes,and black phosphorus have been widely investigated for their application in the hydrogen evolution reaction(HER).In this review,we summarize three efficient strategies—defect engineering,heterostructure formation,and heteroatom doping—for improving the HER performance of 2D catalysts.The d-band theory,density of states,and Fermi energy level are discussed to provide guidance for the design and construction of novel 2D materials.The challenges and prospects of 2D materials in the HER are also considered. 展开更多
关键词 GRAPHENE Hydrogen evolution Molybdenum disulfide MXenes Black phosphorus Two-dimensional material
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MXenes for electrocatalysis applications:Modification and hybridization 被引量:5
12
作者 Xue Bai Jingqi Guan 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第8期2057-2090,共34页
Two-dimensional carbides,nitrides,and carbonitrides(MXenes)play important roles in promoting the development of sustainable energy because they have abundant reactive sites on their surfaces.An increasing number of MX... Two-dimensional carbides,nitrides,and carbonitrides(MXenes)play important roles in promoting the development of sustainable energy because they have abundant reactive sites on their surfaces.An increasing number of MXenes with diverse elements and composites have been predicted and synthesized for electrocatalysis applications since the first report of a Ti-Mo-based MXene for the hydrogen evolution reaction(HER).Herein,we summarize the progress of MXene-based electrocatalysts for the HER,the oxygen evolution reaction,and the oxygen reduction reaction,including regulated pristine MXenes and modified hybrid MXenes,from both theoretical and experimental perspectives.A brief overview on MXene synthesis is presented first,accompanied by a discussion on the relationship between electrocatalytic properties and M,X,T,vacancies,and morphologies.After reviewing strategies in terms of atom substitution,functional modification,defect engineering,and morphology control,we emphasize the construction of heterojunctions between MXenes and other nanostructures,such as metal nanoparticles,oxides,hydroxides,sulfides,and phosphides.We finally discuss prospects for the future development of MXene-based electrocatalysts. 展开更多
关键词 Hydrogen evolution reaction MXene Oxygen evolution reaction Oxygen reduction reaction Water splitting
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Preparation and properties of transition metal nitrides caged in N-doped hollow porous carbon sphere for oxygen reduction reaction 被引量:4
13
作者 Yan-juan LI Min WANG +5 位作者 Sa LIU Jing-xia GAO Shun YANG Zi-hao LIU Xiao-yong LAI Xiao YAN 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第5期1427-1438,共12页
A series of transition metal nitrides(MxNy,M=Fe,Co,Ni)nanoparticle(NP)composites caged in N-doped hollow porous carbon sphere(NHPCS)were prepared by impregnation and heat treatment methods.These composites combine the... A series of transition metal nitrides(MxNy,M=Fe,Co,Ni)nanoparticle(NP)composites caged in N-doped hollow porous carbon sphere(NHPCS)were prepared by impregnation and heat treatment methods.These composites combine the high catalytic activity of nitrides and the high-efficiency mass transfer characteristics of NHPCS.The oxygen reduction reaction results indicate that Fe2N/NHPCS has the synergistic catalytic performance of higher onset potential(0.96 V),higher electron transfer number(~4)and higher limited current density(1.4 times as high as that of commercial Pt/C).In addition,this material is implemented as the air catalyst for zinc−air battery that exhibits considerable specific capacity(795.1 mA·h/g)comparable to that of Pt/C,higher durability and maximum power density(173.1 mW/cm2). 展开更多
关键词 N-doped porous carbon transition metal nitrides Zn−air battery oxygen reduction reaction fuel cell
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A theoretical study of electrocatalytic ammonia synthesis on single metal atom/MXene 被引量:3
14
作者 Yijing Gao Han Zhuo +6 位作者 Yongyong Cao Xiang Sun Guilin Zhuang Shengwei Deng Xing Zhong Zhongzhe Wei Jianguo Wang 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期152-159,共8页
Electrocatalytic ammonia synthesis under mild conditions is an attractive and challenging process in the earth’s nitrogen cycle,which requires efficient and stable catalysts to reduce the overpotential.The N2 activat... Electrocatalytic ammonia synthesis under mild conditions is an attractive and challenging process in the earth’s nitrogen cycle,which requires efficient and stable catalysts to reduce the overpotential.The N2 activation and reduction overpotential of different Ti3C2O2-supported transition metal(TM)(Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,Cd,and Au)single-atom catalysts have been analyzed in terms of the Gibbs free energies calculated using the density functional theory(DFT).The end-on N2 adsorption was more energetically favorable,and the negative free energies represented good N2 activation performance,especially in the presence Fe/Ti3C2O2(﹣0.75 eV).The overpotentials of Fe/Ti3C2O2,Co/Ti3C2O2,Ru/Ti3C2O2,and Rh/Ti3C2O2 were 0.92,0.89,1.16,and 0.84 eV,respectively.The potential required for ammonia synthesis was different for different TMs and ranged from 0.68 to 2.33 eV.Two possible potential-limiting steps may be involved in the process:(i)hydrogenation of N2 to*NNH and(ii)hydrogenation of*NH2 to ammonia.These catalysts can change the reaction pathway and avoid the traditional N–N bond-breaking barrier.It also simplifies the understanding of the relationship between the Gibbs free energy and overpotential,which is a significant factor in the rational designing and large-scale screening of catalysts for the electrocatalytic ammonia synthesis. 展开更多
关键词 Electrocatalytic ammonia synthesis Single atom catalyst MXene Transition metal Density functional theory OVERPOTENTIAL Gibbs free energy
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MXenes复合材料的发展:界面调控及结构设计
15
作者 巴智晨 梁大鑫 谢延军 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1225-1240,共16页
MXenes作为一类新兴的二维材料,因具有独特的亲水性、优异的力学性能、丰富的表面官能团、高导电率、光热以及光电效应等性能而成为研究热点,广泛应用在电磁屏蔽、电化学储能、生物医药、分离、传感器和海水淡化等领域.虽然MXenes具有... MXenes作为一类新兴的二维材料,因具有独特的亲水性、优异的力学性能、丰富的表面官能团、高导电率、光热以及光电效应等性能而成为研究热点,广泛应用在电磁屏蔽、电化学储能、生物医药、分离、传感器和海水淡化等领域.虽然MXenes具有这些优异的性能,但是其存在的与疏水性高分子相容性差、带负电的官能团阻碍电解质运输及易氧化等问题限制了其实际应用.近年来,通过对MXenes进行界面调控以解决其固有缺陷,并在此基础上对MXenes进行针对性的结构设计以提升界面稳定性,其性能得到了进一步提升.本文对MXenes复合材料发展过程中在界面调控和结构设计方面的研究进展进行总结,并重点介绍了MXenes的结构和性质及MXenes在复合材料中的界面调控手段,对MXenes复合材料的结构设计进行了阐述,并对MXenes复合材料的发展前景进行了展望. 展开更多
关键词 过渡金属()化物(MXenes) 复合材料 界面调控 结构设计
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Atomic modulation of Fe‐Co pentlandite coupled with nitrogen‐doped carbon sphere for boosting oxygen catalysis
16
作者 Si‐Jie Li Yong Xie +5 位作者 Bi‐Lin Lai Yingmin Liang Kang Xiao Ting Ouyang Nan Li Zhao‐Qing Liu 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第6期1502-1510,共9页
Reversible oxygen reaction plays a crucial role in rechargeable battery systems,but it is limited by the slow reaction kinetics.Herein,the ionic modulation of cobalt pentlandite coupled with nitrogen‐doped bowl‐like... Reversible oxygen reaction plays a crucial role in rechargeable battery systems,but it is limited by the slow reaction kinetics.Herein,the ionic modulation of cobalt pentlandite coupled with nitrogen‐doped bowl‐like hollow carbon sphere is well designed on octahedral and tetrahedral sites.The robust FexCo9−xS8‐NHCS‐V with iron replacing at the octahedron possesses prolonged metal sulfur bond and exhibits excellent bifunctional electrocatalytic performance towards oxygen reduction reaction(ORR,E_(1/2)=0.80 V vs.RHE)and excellent oxygen evolution reaction(OER,E_(j=10)=1.53 V vs.RHE)in 0.1 mol/L KOH.Accordingly,a rechargeable Zn‐air battery of Fe_(x)Co_(9−x)S_(8)‐NHCS‐V cathode endows high energy efficiency(102 mW cm^(−2)),and a microbial fuel cell achieves a high‐power density(791±42 mW m^(−2)),outperforming the benchmark Pt/C catalyst. 展开更多
关键词 Oxygen electrocatalysis Transition metal sulfide Nitrogen‐doped carbon Pentlandite structure Zinc‐air battery
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理论探究水溶液条件对TMN_(x)C_(y)催化氮还原性能的增强机制 被引量:1
17
作者 熊昆 陈伽瑶 +3 位作者 杨娜 蒋尚坤 李莉 魏子栋 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第9期1138-1145,共8页
在电化学氮还原(NRR)合成氨过程中,为了认识真实水环境对过渡金属掺杂氮碳材料催化NRR活性的影响,并筛选出实际催化性能最佳的构型,本研究通过密度泛函理论(DFT)和从头算分子动力学(AIMD)相结合的方法,对一系列不同配位形式的过渡金属... 在电化学氮还原(NRR)合成氨过程中,为了认识真实水环境对过渡金属掺杂氮碳材料催化NRR活性的影响,并筛选出实际催化性能最佳的构型,本研究通过密度泛函理论(DFT)和从头算分子动力学(AIMD)相结合的方法,对一系列不同配位形式的过渡金属掺杂氮碳催化剂(TMN_(x)C_(y), TM=Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn;x=1~4;y=4-x,总共40种构型)催化NRR的热力学稳定性和实际氮还原催化活性进行了系统研究.计算结果表明,本工作所研究的40种催化剂结构均具有较高的热力学稳定性,可作为实际的NRR候选催化剂.其中,利用隐性+显性水溶剂模拟真实水环境时,过渡金属V掺杂形成的VN3C1结构催化NRR酶机制过程的最大吉布斯自由能变值仅为0.35eV(在U=0 V vs. RHE时),表现出最佳的NRR催化性能.总体而言,本研究采用DFT与AIMD相结合的方法,深入地阐述了TMN_(x)C_(y)催化剂的实际NRR催化过程,为实验过程做出了更为贴切的理论预测. 展开更多
关键词 电化学还原 过渡金属掺杂材料 密度泛函理论 从头算动力学
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