改良介孔碳负载四氧化三钴纳米粒子的制备及阴极氧还原反应的电化学性能研究

以六水硝酸钴为钴源、碳酸氢氨为沉淀剂、聚乙二醇为分散剂,采用浸渍法与改良后的无定形介孔碳制备Co_(3)O_(4)/C催化剂,利用XRD、SEM、BET和XPS和电化学手段对其成分、结构及电化学性能进行表征。结果表明,改良后的无定形介孔碳具有高比表面积和丰富的空隙,比表面积达977.33 m^(2)/g,能够使负载的Co_(3)O_(4)均匀分散,减少了氧还原反应期间Co_(3)O_(4)纳米颗粒团聚等问题。该催化剂应用在直接甲醇燃料电池的阴极上呈现出良好的氧还原催化活性和循环稳定性。

基于高熵效应的多原子共掺杂碳作为直接液体燃料电池阴极催化剂的性能研究

燃料电池技术作为一种新型清洁能源,有希望成为传统化石燃料的替代品之一.氧还原反应(ORR)是燃料电池的阴极反应,研究更稳定、更经济的高活性电催化剂对实现燃料电池商业化发展具有重要意义.本研究基于高熵效应的优势,制备了多种过渡金属共掺杂NSC材料(M-NSC,M=Co、Fe、Ni、Mn、Ce),旨在提高直接液体燃料电池阴极催化剂的催化性能.实验采用高温热解法分别合成了三种M/C摩尔比的(CeMnFeCoNi)-NSC催化剂,研究了不同金属添加量对材料微观结构和催化性能的影响.(CeMnFeCoNi)-NSC呈现二维层状结构,拥有较大的比表面积,为催化反应提供了更多的活性位点.将(CeMnFeCoNi)-NSC作为直接甲醇燃料电池(DMFC)和直接硼氢化物燃料电池(DBFC)的阴极催化剂,单电池功率密度分别为19.86 mW·cm^(-2)和73.81 mW·cm^(-2),优于高温热解法制备的Fe-NC(DMFC:7.92 mW·cm^(-2);DBFC:52.12 mW·cm^(-2)).这主要归因于在(CeMnFeCoNi)-NSC催化剂中金属与N元素产生的M-N4基团可以作为催化位点,以及多种金属之间的协同作用共同提高了其阴极活性.并且研究发现当金属总量与碳的摩尔比例为1∶50时,表现出最优异的电池性能.研究结果为开展碳基电催化剂的成分设计和性能调控提供了新思路.

碱性水电解制氢阴极催化剂研究进展

氢能因能量密度高、绿色无污染、应用广泛等优点,被认为是21世纪理想的清洁能源。水电解制氢是解决能源危机和环境问题的重要方法之一,其中碱性水电解制氢的主要问题在于催化剂成本较高。为了降低制氢成本,提高制氢效率,科研工作者致力于开发出具有优异催化活性的廉价阴极催化剂。综述近年来碱性水电解阴极催化剂的研究进展,对贵金属基催化剂、过渡金属催化剂、合金催化剂和碳基催化剂等高效析氢催化剂展开讨论。

应用屏栅电离室测量^(16)O(n,α)^(13)C反应的模拟研究

基于Geant4建立了一套利用屏栅电离室测量^(16)O(n,α)^(13)C反应的模拟方法,能预测不同入射中子能量、不同屏栅电离室结构、不同工作气体和样品参数等实验条件下屏栅电离室测量到的阴极-阳极幅度2维谱。为了验证该模拟方法的可靠性,在北京大学4.5 MV静电加速器上开展了实验,实验所用的中子能量为5.06 MeV,工作气体为0.3 MPa的Ar与体积分数为3.45%CO 2组成的混合气体(其中的氧作为待测样品)。实验测得了屏栅电离室的阴极阳极幅度2维谱,且模拟与实验结果吻合较好。基于此模拟方法提出了一套实验条件的优化方案,可为下一步在宽能区精确测量^(16)O(n,α)^(13)C反应截面提供参考。

IT-SOFCs中CuBi_(2)O_(4)-Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)复合阴极的电化学性能研究

为提高SOFC阴极材料CuBi_(2)O_(4)(CBO)在中温区的电化学性能,将经不同温度烧结的Gd_(0.1)Ce_(0.9)O_(1.95)(GDC)相分别加入CBO中制备成相应的CBOGDC(CG)复合阴极。利用交流阻抗谱技术对阴极的电化学性能进行表征与分析,探究了GDC相的微观形貌和加入量对复合阴极电化学性能的影响及机制原因,进而筛选出加入的GDC相的最佳烧结温度,以及复合阴极中CBO和GDC相的最佳配比。结果表明:GDC粉体合成过程中所选用的烧结温度影响了其微观形貌,进而影响了复合阴极的电化学性能。经800℃烧结的GDC相的加入相比于经其他温度烧结的GDC更能有效提高CBO阴极的电化学性能。另外,当GDC相的加入量为40 wt.%时,复合阴极的电化学性能最佳,极化电阻最小,650℃、700℃和750℃时的极化电阻Rp分别为0.70、0.39、0.21Ω·cm^(2)。根据特征电容、活化能及反应级数的分析得出,电荷转移过程是复合阴极氧还原反应的主要速控步骤。

基于纳米Fe/ACF电极的阴极E-Fenton氧化处理生活污水的研究

成功制备了活性碳纤维负载的纳米铁电极(Fe/ACF),并通过SEM、EDS进行了电极表征.某小区生活污水基于该电极的阴极E-Fenton氧化处理结果表明,在电压1.2 V、中性条件下处理2 h,初始COD由200 mg/L降低到70 mg/L,COD去除率达到65%,出水水质达到国家排放标准GB8978-2000中的一级标准.

活性碳纤维阴极电芬顿反应降解微囊藻毒素研究

以具有高比表面积的活性碳纤维作为阴极,通过电芬顿反应降解水中微囊藻毒素(MCRR,MCLR)的电化学方法系统考察了电流密度、pH值和Fe2+浓度等因素对微囊藻毒素降解效果的影响.实验结果表明,在Fe2+浓度为1·0mmol/L和电流密度为6·6mA/cm2条件下,电化学处理60min,MCRR(8·81mg/L)去除率为75%,MCLR(6·36mg/L)去除率为94%.证明过氧化氢可以通过电化学还原在活性碳纤维阴极表面高效产生,微囊藻毒素可被高效降解去除.

放电等离子反应液相烧结制备CeB_6阴极与性能研究

以氢直流电弧法制备CeHx纳米粉末,再采用放电等离子(SPS)反应液相烧结纳米CeHx和微米B的混合粉末,制备了高性能CeB6多晶块体热阴极材料.研究了SPS制备CeB6的烧结反应式及反应液相烧结机制,确定SPS烧结CeB6的最佳工艺为:压力50MPa,烧结温度1500℃,保温时间5min.实验结果表明,SPS制备得到了高纯单相CeB6多晶块体,纯度达到99.89%,相对密度达到99.61%,维氏硬度达到2051kg/mm2,抗弯强度达到254.2MPa.样品在1600℃温度下拐点发射电流密度达到20.38A/cm2,功函数为2.42eV.与传统制备法相比,SPS制备显著降低了CeB6的烧结温度,缩短了烧结时间,提高了力学和发射性能.

电沉积Ni-S合金阴极析氢反应

用电沉积法制备各种硫含量的Ni S合金镀层电极。用恒电流极化法研究各电极在 80℃的 5mol/LNaOH溶液中作为析氢反应阴极的催化性能 ,并用XRD及SEM研究Ni S合金镀层的组织结构。实验结果表明 ,硫含量为 2 9.4% (原子百分比 )的Ni S合金电极具有优良的催化性能 ,在 15 0mA/cm2 的电流密度下 ,析氢反应过电位最低 ,比Fe低约 35 0mV。这与其组织结构有关。

阴极材料对三相三维电极反应器电解处理酸性橙7的影响研究

采用具有不同阴极材料的三相三维电极反应器,对300 mg/L酸性橙7(AO7)模拟废水进行处理研究,重点考察阴极材料对脱色率和反应体系矿化能力的影响,同时利用HPLC、UV-Vis、GC-MS等分析方法对.OH、H2O2以及降解产物进行测定,探讨了3种电极对AO7的降解行为.结果表明,在电压20 V条件下电解60 min后,活性炭纤维(ACF)、石墨和不锈钢等3种阴极体系对于AO7的脱色率均高于96%,三者之间没有明显差别.但是ACF体系对TOC的去除率可达到57.4%,高于其它两者.3种阴极体系中均有高活性的.OH和H2O2生成,但是ACF阴极体系中产生的浓度较高,从而决定了其具有较高的矿化能力.几种不同电极体系电解AO7过程中都遵循了相同的产生酮类和萘酚类物质的过程.

阴极冷却反应器电合成乙醛酸

以过饱和草酸水深液为阴极液 ,盐酸溶液为阳极液 ,在阴极冷却电化学反应器内草酸电解合成乙醛酸 .考察了电极温度、电解液温度、电流密度和电极材料对合成乙醛酸的时空产率和电流效率的影响 .结果表明 ,阴极冷却反应器既节省能耗 ,又可使电解过程在较高草酸浓度下进行 ,提高电流效率和时空产率 .用石墨板做阳极 ,铅做阴极 ,电流密度为 4 0 9.4 6A·m-2 ,阴极液流速 μ=1 .0 8m·s-1,电解温度为 2 0℃左右时 ,电解 3 .70h ,可得到质量分数为 3 .52 %的乙醛酸溶液 ,平均时空产率为 0 .0 3

电子浴辅助阴极电弧源活性反应离子镀合成AlN薄膜

利用电子浴辅助阴极电弧源活性反应离子镀法 ,在 Si、Mo和不锈钢等基材上合成 Al N薄膜 ;采用 SEM、XRD及 IR对薄膜的表面形貌、晶体结构进行了分析。结果表明 ,用此法可以合成高质量的 Al N薄膜 ,而且具有合成速度快、设备简单等优点 。

PEMFC阴极中氧扩散和电化学反应模型研究 Ⅰ.TFFA模型及其数值计算

将薄膜浸渍聚集体 (TFFA)模型用于描述质子交换膜燃料电池 (PEMFC)阴极中氧的扩散和反应过程 ,其中包括氧气在气体扩散层和反应层气体通道中的扩散 ,氧气在反应层薄膜中的溶解和扩散 ,氧在反应层浸渍聚集体中的扩散和反应以及电子和离子的传导 。

温度对2205双相不锈钢在卤水中腐蚀阴极反应的影响

利用电化学方法,在不同温度下研究了2205双相不锈钢在卤水中腐蚀阴极反应的特性,结果表明,温度对氧在2205双相不锈钢表面的极限扩散电流密度影响显著,极限扩散电流密度随温度的升高先增大后减小,在76℃时达到最大值12.3μA/cm^2;高温下的高盐度卤水对处于阴极保护电位下的2205双相不锈钢仍具有破坏性。

PEM燃料电池阴极反应的分子模拟

目的通过模拟计算出半反应势能垒,找到反应过渡态,探索PEM燃料电池的特性.方法利用分子模拟软件构建可视化的3D模拟环境对PEM燃料电池阴极进行模拟,模拟环境为水溶液的介电常数为78.5,系统压强为0.1MPa,系统温度为室温.在模拟仿真过程里观察分子反应的同时,计算出反应的反应势能垒,同时找到反应的过渡态.结果模拟结果得到了直接反应和间接反应的能量变化图,势能垒数值以及过渡态产生的时刻和状态.结论过渡态总是出现在能量到达极大值之后一段时间,说明反应过渡态一般处于能量较高的状态.模拟结果对于PEM燃料电池阴极的优化具有重要的参考作用,对提高PEM燃料电池的效率提供帮助.

阴极冷却固定床反应器电合成乙醛酸

以过饱和草酸水溶液为阴极液,盐酸溶液为阳极液,在阴极冷却固定床电化学反应器内草酸电解合成乙醛酸。考察了电流密度、电极和电解液温度、阴极材料对合成乙醛酸时空产率和电流效率的影响。结果表明,阴极冷却固定床反应器是一种较理想的反应器,用石墨板作阳极,铅作阴极,电流密度为400.5A/m2,阴极空速u0=0.505m/s,电解温度为20℃左右时,电解1.5h,在阴极可得到质量分数为5.45%的乙醛酸溶液,平均时空产率可达0.12kg/dm3·h以上。

燃料电池反应器中过氧化氢的生产 Ⅱ 氧在石墨阴极上还原动力学

在燃料电池膜反应器中 ,以盐酸水溶液为电解质研究了氧在多孔石墨阴极上的还原动力学。结果表明 ,影响还原反应速率的主要因素为氧气分压。根据实验结果 ,估算了反应级数 ,并初步分析了反应机理。

电沉积金属铬过程中阴极反应机理的研究

采用电化学阻抗、阴极极化曲线等测试技术，考察了铬酸溶液中金属铬的电沉积过程实验证实了镀铝阴极过程中表面吸附膜的存在，它改变了阴极表面的状态，导致阴极极化曲线上出现电流峰，迫使阴极电位负移，为金属铬的电沉积创造了条件电化学阻抗测量发现，在Ｎｙｑｌｌｉｓｔ图上出现上一个代表吸附膜的“感抗圈”．据此，推导了表面膜电阻的大小，并探讨了Ｈ２ＳＯ４对阴极表面吸附膜电阻大小的影响．

PEMFC阴极中氧扩散和电化学反应模型研究 Ⅱ.TFFA模型参数对电极性能的影响

运用薄膜浸渍聚集体 (TFFA)模型 ,考察了质子交换膜燃料电池 (PEMFC)阴极伏安曲线受阴极结构参数变化的影响程度。计算结果表明 :阴极反应层的孔隙率和厚度、反应层中浸渍聚集体体积分数、半径和涂覆的薄膜厚度、Nafion 电解质离子传导率以及气体扩散层的平均孔径对电极性能有较大的影响。相比之下 ,反应层中气体通道半径、气体扩散层孔隙率以及反应层中碳相传导率的变化对电极性能影响不大。

铁镍锌离子对阴极铜沉积反应的影响

利用电导仪及电子能谱等仪器，并采用稳态法研究了铁、镍、锌离子对酸性硫酸铜电解液系统中阴极铜沉积反应的影响。研究结果表明：铁镍锌离子存在于电解液中，增大溶液电阻，减小溶液电导率，减小铜沉积反应的交换电流密度和极限电流密度，对铜沉积反应起极化作用。但铁、镍、锌离子几乎不影响电荷传递系数，不改变铜沉积反应机理。在２００Ａ·ｍ－２和１０００Ａ·ｍ－２电流密度下电解，铁、镍、锌不会在阴极沉积。在阴极铜沉积层中铜主要以金属铜和少量Ｃｕ２Ｏ形式存在。