分步负载金属法制备铁钴双金属位点高效氧还原电催化剂

过渡金属和氮掺杂的碳(M-N-C)由于优异的电催化活性以及较低的生产成本,成为铂基催化剂的替代。然而,目前的M-N-C催化剂通常涉及金属盐、含氮物质和碳载体的结合,在经过热处理和酸洗过程后得到的催化剂在活性位点密度和传质能力上性能不足。采用分步负载金属法制备了Fe、Co双金属掺杂的M-N-C催化剂。利用Zn2+和Co2+的竞争效应,成功合成了小尺寸且均匀的Zn-Co-ZIFs双金属沸石咪唑骨架。随后,在不形成金属团簇的前提下将最大量的Fe原子嵌入C-Zn-Co-ZIFs-H+前体结构中,使其在热解后能产生大量的FeCo—Nx活性位点。这种改进显著增加了FeCo-N-C-2催化剂中Fe活性位点的含量(1.9%,质量分数),并深度优化了其微孔和介孔结构(860 m^(2)·g^(-1))。该催化剂在0.1 mol·L^(-1) HClO_(4)和0.1 mol·L^(-1) KOH溶液中,氧还原反应(ORR)活性展现出了0.806 V和0.921 V的半波电位,并分别在50000、45000 s恒定电位测试后保持了91.21%和95.32%的活性。将其组装于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)和碱性锌-空气液流电池(ZAFBs)中,峰值功率密度分别达到了746、164 mW·cm^(-2),显示出优越的性能。

硼、磷共掺杂铁钴双金属材料的制备及其电催化析氧性能

采用一步水热法合成了硼、磷共掺杂铁钴材料(Fe-Co-B-P)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对所合成材料的形貌、结构和组成进行表征。利用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等技术研究材料电化学析氧反应(OER)性能。结果表明,Fe-Co-B-P表面疏松且粗糙,颗粒间有许多空隙。在电流密度为10和100 mA·cm^(-2)时,其过电势分别为278和309 mV,Tafel斜率为24 mV·dec-1,说明该材料具有较优的电催化析氧性能。其在连续进行10 h的计时电位测试过程中,电势基本保持在1.55 V(vs RHE),表明该催化剂具有较好的电化学稳定性。这是由于铁钴双金属与硼、磷非金属之间的协同作用促进了电子的传递。

钴含量对铁钴双金属催化剂的费-托合成催化性能的影响

制备了一系列钴含量为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%的铁钴双金属催化剂,并结合X-射线衍射、X-射线光电子能谱、氢气程序升温还原、氢气程序升温脱附和氧滴定等一系列表征手段,研究了不同含量的钴对铁钴双金属催化剂的结构和费-托合成反应催化性能的影响.结果表明少量钴的加入促进了铁的还原,但较高含量(1.5wt%)的钴使得催化剂表面形成了少量的CoFe2O4物种,钴铁之间相互作用增强导致1.5Co-Fe的还原度降低但分散得更好.铁钴的混合改变了催化剂表面的化学性质,钴的加入使催化剂的低温氢气吸附性能增强.

Fe,Co/NPs@GO双金属三维粒子电极电催化氧化卡马西平

采用冷冻/碳化法制备了铁钴双金属粒子电极(Fe,Co/NPs@GO),并通过改善铁钴的前驱体比例优化了Fe,Co/NPs@GO双金属三维粒子电极体系对CBZ的降解性能,探讨电流密度和PMS投加量对CBZ降解的影响结果表明:0.15g/L的Fe,Co/NPs@GO(Fe:Co=1:1),3mmol/L PMS,在20mA/cm^(2)的电流密度下,CBZ(1mg/L)在30min内的去除率达99.5%.与单纯的催化剂活化PMS体系相比,加入电催化条件后,CBZ的去除率提升了约37%.通过自由基淬灭实验及电子顺磁共振(EPR)证实,羟基自由基和单线态氧是降解CBZ的主导活性物种,并推测出CBZ在电催化耦合三维粒子电极活化过一硫酸盐(PMS)体系的降解机理.同时,粒子电极的循环利用实验表明,Fe,Co/NPs@GO粒子电极具有较好的催化稳定性和重复利用性.

Fe-Co/SiO_2双金属催化剂上费托合成反应的研究

采用浸渍法制备Fe-Co／SiO2双金属催化剂，考察了不同反应温度、压力、空速下催化剂的反应性能。实验结果表明，在230～300℃的温度范围内，随反应温度升高，催化剂活性提高，甲烷选择性上升，水煤气变换程度逐渐增大，而C2～C4烯烃／烷烃比和C5^＋选择性下降；压力增加有利于反应活性的提高和重质烃的合成，当压力大于1．5MPa，CO的转化率、水煤气变换程度、C5^＋选择性C2～C4烯烃僬烃比变化不太明显；随空速增加，CO转化率下降，产物中低碳烃含量增加，说明高空速不利于重质烃的生成。XRD结果表明反应前催化剂主要成分为CO3O4和Fe2O3，反应后则为FeCo合金。

染料废水的贝壳粉负载铁-钴双金属催化降解

以贝壳粉为载体,采用共沉淀法将铁、钴负载到贝壳粉上,制得Fe-Co/贝壳粉双金属催化剂。通过XRD、SEM测试发现,煅烧后贝壳粉结构被破坏,催化剂表面形成Fe_(2)O_(3)和Co_(3)O_(4)。Fe-Co/贝壳粉+Na_(2)S_(2)O_(8)协同催化体系对亚甲基蓝具有很好的降解效果,当Fe和Co物质的量比为2∶1,煅烧温度为550℃,pH为3时,催化剂对亚甲基蓝的降解率最高。

超声协同双金属Fe-CoO_x异相催化PMS的研究

采用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备铁钴双金属氧化物(Fe-CoO_x)催化剂,研究其协同超声(超声)催化过硫酸氢钾(PMS,KHSO5)降解酸性橙7(AO7)的效果及机理。结果显示:Fe-CoO_x/US/PMS体系的催化效果相较同条件下Fe Ox/US/PMS、CoO_x/US/PMS体系更好;随着初始PMS浓度的增加,AO7的降解率先增加后降低;增加US功率后AO7的降解率先增加后降低;Fe-CoO_x初始投加量从0.035 g/L上升至0.05 g/L后,30 min时AO7的降解率由30.58%上升至77.50%,继续增加投量,提升效果不明显;AO7的降解率与初始AO7呈负相关;投加叔丁醇(TBA)、甲醇(MA),50 min时AO7的降解率分别为60.64%、26.58%,表明体系中自由基主要为·OH和SO-4·。XRD和XPS结果显示:Fe-CoO_x催化剂粒径为8.8~10.7 nm,催化剂中的Fe、Co主要以Fe2+、Fe3+、Co2+、Co3+存在,并且表面羟基氧的含量为24.07%。研究显示:Fe-CoO_x催化剂具有较好的催化性能,能够有效地协同超声催化PMS生成自由基,对水中污染物的降解具有良好的效果。