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Inherent mass transfer engineering of a Co,N co-doped carbon material towards oxygen reduction reaction 被引量:1
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作者 Yanzhi Wang Bin Wang +6 位作者 Haitao Yuan Zuozhong Liang Zhehao Huang Yuye Zhou Wei Zhang Haoquan Zheng Rui Cao 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第7期391-396,共6页
Oxygen reduction reaction (ORR) is an important process for the conversion and utilization of a wide range of renewable energy sources, and is critical for the shape of future energy scenario [1–10]. However, ORR is ... Oxygen reduction reaction (ORR) is an important process for the conversion and utilization of a wide range of renewable energy sources, and is critical for the shape of future energy scenario [1–10]. However, ORR is a complex four-electron transfer process and is kinetically sluggish. It is urgent to develop high-efficient electrocatalysts to solve this problem [11–15]. Up to now, precious metal-based catalysts such as Pt-based electrocatalysts have been widely studied and found to be one of the most efficient electrocatalysts for ORR. However, the high price and the small reserves limit their large-scale commercialization [10,16–23]. Therefore, in order to fulfill needs for the practical applications, it is necessary to develop low-cost electrocatalysts, also with high activity and great stability [19,24–28]. 展开更多
关键词 Co n co-doped porous carbon ELECTROCATALYSIS Oxygen reduction reaction Zn-air battery
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Vacancy defect MoSeTe embedded in N and F co-doped carbon skeleton for high performance sodium ion batteries and hybrid capacitors
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作者 Dehui Yang Wentao Guo +6 位作者 Fei Guo Jiaming Zhu Gang Wang Hui Wang Guanghui Yuan Shenghua Ma Beibei Wang 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期652-664,I0014,共14页
Sodium-ion batteries(SIBs) and hybrid capacitors(SIHCs) have garnered significant attention in energy storage due to their inherent advantages,including high energy density,cost-effectiveness,and enhanced safety.Howev... Sodium-ion batteries(SIBs) and hybrid capacitors(SIHCs) have garnered significant attention in energy storage due to their inherent advantages,including high energy density,cost-effectiveness,and enhanced safety.However,developing high-performance anode materials to improve sodium storage performa nce still remains a major challenge.Here,a facile one-pot method has been developed to fabricate a hybrid of MoSeTe nanosheets implanted within the N,F co-doped honeycomb carbon skeleton(MoSeTe/N,F@C).Experimental results demonstrate that the incorporation of large-sized Te atoms into MoSeTe nanosheets enlarges the layer spacing and creates abundant anion vacancies,which effectively facilitate the insertion/extraction of Na^(+) and provide numerous ion adsorption sites for rapid surface capacitive behavior.Additionally,the heteroatoms N,F co-doped honeycomb carbon skeleton with a highly conductive network can restrain the volume expansion and boost reaction kinetics within the electrode.As anticipated,the MoSeTe/N,F@C anode exhibits high reversible capacities along with exceptional cycle stability.When coupled with Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)@C(NVPF@C) to form SIB full cells,the anode delivers a reversible specific capacity of 126 mA h g^(-1) after 100 cycles at 0.1 A g^(-1).Furthermore,when combined with AC to form SIHC full cells,the anode demonstrates excellent cycling stability with a reversible specific capacity of50 mA h g^(-1) keeping over 3700 cycles at 1.0 A g^(-1).In situ XRD,ex situ TEM characterization,and theoretical calculations(DFT) further confirm the reversibility of sodium storage in MoSeTe/N,F@C anode materials during electrochemical reactions,highlighting their potential for widespread practical application.This work provides new insights into the promising utilization of advanced transition metal dichalcogenides as anode materials for Na^(+)-based energy storage devices. 展开更多
关键词 MoSeTe n F co-doped honeycomb carbon skeleton Sodium-ion batteries Sodium-ion hybrid capacitor
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MOFs衍生多孔TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及其光催化性能 被引量:1
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作者 谢倩祎 程爱华 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期47-55,共9页
将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能... 将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行表征。在模拟太阳光照射下对罗丹明B(RhB)溶液进行降解,评价其光催化活性。结果表明,C、N均匀掺杂在Fe_(2)O_(3)中,TiO_(2)复合C、N掺杂Fe_(2)O_(3)后禁带宽度减小,模拟太阳光照射2.5 h后,在0.1 g/L TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3)复合材料的光催化作用下,10 mg/L罗丹明B的去除率达到95%,速率常速为0.0192 min^(-1),效果较TiO_(2)和C、N-Fe_(2)O_(3)有明显提高。所得复合材料稳定性好、可重复利用。MOFs衍生多孔C、N掺杂Fe_(2)O_(3)与TiO_(2)的复合缩短了带隙,强化了空穴与电子的分离从而提高可见光催化活性。 展开更多
关键词 fe基-MOFs 光催化 TiO_(2)/C、n掺杂fe_(2)O_(3) 罗丹明B
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Fe/N/C材料在质子交换膜燃料电池中阴极催化剂的研究进展
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作者 李宬志 冯骞 +1 位作者 李超 刘伟京 《应用化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期991-995,共5页
从ORR反应的机理出发,结合Fe/N/C材料的制备方式,从活性位点角度分析了Fe/N/C材料高效氧还原电催化的机制,并针对在高性能Fe/N/C材料开发过程中存在的各种稳定性问题进行阐述。对于Fe/N/C催化剂在燃料电池中的应用前景提出建议和展望,... 从ORR反应的机理出发,结合Fe/N/C材料的制备方式,从活性位点角度分析了Fe/N/C材料高效氧还原电催化的机制,并针对在高性能Fe/N/C材料开发过程中存在的各种稳定性问题进行阐述。对于Fe/N/C催化剂在燃料电池中的应用前景提出建议和展望,为今后Fe/N/C材料的发展提供了参考。 展开更多
关键词 fe/n/C材料 氧还原反应 质子交换膜燃料电池 活性位点 电催化
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铋牺牲法制备石墨烯负载Fe-N单原子位点增效氧还原催化和锌-空气电池性能
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作者 杨志远 张燕 +2 位作者 肖娟定 王俊英 王俊中 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期272-281,共10页
催化氧反应(ORR)是锌空电池和氢燃料电池能量转化的关键过程,然而其反应速率往往较低,因此开发高活性且耐久的催化材料至关重要.当前,研发低成本、高效率且稳定的氧还原催化剂已成为国内外的研究热点.其中,富含金属-氮-碳活性位点的低成... 催化氧反应(ORR)是锌空电池和氢燃料电池能量转化的关键过程,然而其反应速率往往较低,因此开发高活性且耐久的催化材料至关重要.当前,研发低成本、高效率且稳定的氧还原催化剂已成为国内外的研究热点.其中,富含金属-氮-碳活性位点的低成本ORR催化材料,因其具有替代贵金属的潜力,成为重要的候选材料.然而,在制备这类催化剂时,所用分子前驱体在热解过程中易团聚形成金属基硬颗粒,如何减少热解过程中金属成分的自发聚集和不良副产物的生成,提高活性单原子的利用率,特别是在使用廉价分子前驱体(如三聚氰胺和铁盐)时,仍面临挑战.本研究旨在探索有效的制备策略,以优化催化剂性能,推动其在能源转换领域的应用.本文报道了一种以硝酸铋为牺牲剂,石墨烯为导电载体,通过热解廉价的三聚氰胺和铁盐,合成石墨烯负载丰富Fe-N-C活性位点催化剂的新方法.该方法中硝酸铋前驱体高温热解生成的铋铁合金或氧化铋因表面没有碳层,而容易被热酸除去,形成更多的可接近的FeNx活性位点,从而有效地抑制铁基颗粒和管状碳结构的形成,实现了催化剂的高效合成.双球差矫正电镜、X-射线光电子能谱和X-射线吸收结构光谱等表征证明,铋化合物去除后留下空位被铁原子取代,增加了Fe-N-C位点密度,并且铁以单原子活性位形式存在.实验结果表明,所制备的催化剂表现出高氧还原性能,在碱性和酸性条件下的半波电位分别为0.916和0.784 V.石墨烯基催化剂的动力学电流密度(0.9 V vs.RHE)达到10.41 mA cm^(-2),是不加铋化合物样品的6倍,贵金属Pt/C催化剂的4倍.此外,催化剂的塔菲尔斜率为59 mV dec^(-1),低于不加铋化合物样品(80 mV dec^(-1))、不加石墨烯样品(93 mV dec^(-1))、无金属样品(88 mV dec^(-1))和Pt/C(80 mV dec^(-1)).在0.1 mol L^(-1) KOH条件下,催化剂循环10000圈后,半波电位仅衰减15 mV,低于Pt/C(36 mV)和无铋对照样(20 mV),表明催化剂具有较好的稳定性.由于电化学法制备的石墨烯比热解法制备的非晶碳具有更好的耐腐蚀性,从而可以提高阴极氧还原的稳定性.另外,所制备的催化剂应用在锌-空气电池中时,最大功率密度可达201.4 mW cm-2,且循环1000次后电池电压几乎没有衰减.综上,本研究通过引入铋化合物,显著提升了廉价前驱物铁-三聚氰胺的金属单原子化效率.利用电化学法合成了石墨烯负载的Fe-N-C催化活性位,制备出高活性、高稳定的催化剂.将该低成本催化剂应用于锌-空气电池的阴极,其表现出良好的长循环性能.本研究为制备低成本、高性能的金属-氮-碳基电催化剂提供了新思路. 展开更多
关键词 氧还原反应 石墨烯 锌-空气电池 fe-n-C
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Tuning interface mechanism of FeCo alloy embedded N,S-codoped carbon substrate for rechargeable Zn-air battery
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作者 Hui Chang Lulu Zhao +4 位作者 Shan Zhao Zong-Lin Liu Peng-Fei Wang Ying Xie Ting-Feng Yi 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第6期400-410,I0010,共12页
The interface mechanism between catalyst and carbon substrate has been the focus of research.In this paper,the FeCo alloy embedded N,S co-doped carbon substrate bifunctional catalyst(FeCo/S-NC)is obtained by a simple ... The interface mechanism between catalyst and carbon substrate has been the focus of research.In this paper,the FeCo alloy embedded N,S co-doped carbon substrate bifunctional catalyst(FeCo/S-NC)is obtained by a simple one-step pyrolysis strategy.The experimental results and density functional theory(DFT)calculation show that the formation of FeCo alloy is conducive to promoting electron transfer,and the introduction of S atom can enhance the interaction between FeCo alloy and carbon substrate,thus inhibiting the migration and agglomeration of particles on the surface of carbon material.The FeCo/SNC catalysts show outstanding performance for oxygen reduction reaction(ORR)and oxygen evolution reaction(OER).FeCo/S-NC shows a high half-wave potential(E_(1/2)=0.8823 V)for ORR and a low overpotential at 10 mA cm^(-2)(E_(j=10)=299 mV)for OER.In addition,compared with Pt/C+RuO_(2) assembled Zn-air battery(ZAB),the FeCo/S-NC assembled ZAB exhibits a larger power density(198.8 mW cm^(-2)),a higher specific capacity(786.1 mA h g_(zn)~(-1)),and ultra-stable cycle performance.These results confirm that the optimized composition and the interfacial interaction between catalyst and carbon substrate synergistically enhance the electrochemical performance. 展开更多
关键词 feCo alloy n S co-doped carbon DFT calculation Zn-air batteries Interfacial interaction
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Multiple-dimensioned defect engineering for graphite felt electrode of vanadium redox flow battery
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作者 Yingqiao Jiang Yinhui Wang +7 位作者 Gang Cheng Yuehua Li Lei Dai Jing Zhu Wei Meng Jingyu Xi Ling Wang Zhangxing He 《Carbon Energy》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期143-153,共11页
The scarcity of wettability,insufficient active sites,and low surface area of graphite felt(GF)have long been suppressing the performance of vanadium redox flow batteries(VRFBs).Herein,an ultra-homogeneous multipledim... The scarcity of wettability,insufficient active sites,and low surface area of graphite felt(GF)have long been suppressing the performance of vanadium redox flow batteries(VRFBs).Herein,an ultra-homogeneous multipledimensioned defect,including nano-scale etching and atomic-scale N,O codoping,was used to modify GF by the molten salt system.NH_(4)Cl and KClO_(3) were added simultaneously to the system to obtain porous N/O co-doped electrode(GF/ON),where KClO_(3) was used to ultra-homogeneously etch,and O-functionalize electrode,and NH4Cl was used as N dopant,respectively.GF/ON presents better electrochemical catalysis for VO_(2)+/VO_(2)+ and V3+/V2+ reactions than only O-functionalized electrodes(GF/O)and GF.The enhanced electrochemical properties are attributed to an increase in active sites,surface area,and wettability,as well as the synergistic effect of N and O,which is also supported by the density functional theory calculations.Further,the cell using GF/ON shows higher discharge capacity,energy efficiency,and stability for cycling performance than the pristine cell at 140 mA cm^(−2) for 200 cycles.Moreover,the energy efficiency of the modified cell is increased by 9.7% from 55.2% for the pristine cell at 260 mA cm^(−2).Such an ultra-homogeneous etching with N and O co-doping through“boiling”molten salt medium provides an effective and practical application potential way to prepare superior electrodes for VRFB. 展开更多
关键词 graphite felt molten salt n O co-doping ultra-homogeneous etching vanadium redox flow battery
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γ-Fe_(2)O_(3)空心球/Fe-N-C宽电位窗口选择性电催化还原CO_(2)为CO的研究
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作者 聂邓根 赵小杰 +1 位作者 胡唯唯 郭振国 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期124-129,共6页
Fe-N-C材料是一类重要的电催化还原CO_(2)为CO的催化剂,但其只能在较正的电位和较窄的电位窗口实现CO的高选择性,不能满足串联催化中CO被进一步还原的要求。因此,以高纯Fe(phen)_(3)Cl_(2)(phen=1,10-邻菲罗啉)晶体和ZIF-8为前驱体,通... Fe-N-C材料是一类重要的电催化还原CO_(2)为CO的催化剂,但其只能在较正的电位和较窄的电位窗口实现CO的高选择性,不能满足串联催化中CO被进一步还原的要求。因此,以高纯Fe(phen)_(3)Cl_(2)(phen=1,10-邻菲罗啉)晶体和ZIF-8为前驱体,通过热解得到新颖的Fe-N-C担载γ-Fe_(2)O_(3)空心球材料。利用SEM、HR-TEM、XRD、XPS等对催化剂进行表征,并对其电催化还原CO_(2)的性能进行测试。结果表明,该催化剂在-0.5~-1.1 V(相对于可逆氢电极)宽电位窗口表现出优异的CO选择性(CO的法拉第效率大于97%),且在-0.6 V连续电解2 h后电流密度和CO的法拉第效率均基本保持不变,表现出卓越的稳定性。 展开更多
关键词 fe-n-C 电催化 CO_(2)还原 配合物 电位窗口
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Fe-N-C单原子纳米酶用于比色-电化学法检测H_(2)O_(2)
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作者 胡丽君 李佳慧 翟艳玲 《聊城大学学报(自然科学版)》 2024年第2期62-68,共7页
具有类酶活性的纳米材料,即纳米酶,已经引起生物催化领域的广泛关注。以原子分散的Fe-N-C单原子催化剂,定义为Fe-N-C单原子纳米酶,具有与某些血红素酶相似的结构,因此具有模拟酶活性。采用二氧化硅模板法制备了Fe-N-C单原子纳米酶,分层... 具有类酶活性的纳米材料,即纳米酶,已经引起生物催化领域的广泛关注。以原子分散的Fe-N-C单原子催化剂,定义为Fe-N-C单原子纳米酶,具有与某些血红素酶相似的结构,因此具有模拟酶活性。采用二氧化硅模板法制备了Fe-N-C单原子纳米酶,分层多孔纳米结构加速了电子转移,进一步提高了反应动力学。由于其固有的理化性质,表现出高的过氧化物酶性能。此外,Fe-N-C纳米酶在较高温度和强酸强碱条件下仍保持较高活性,表明其具有良好的稳定性。以该Fe-N-C纳米酶构建了过氧化氢(H_(2)O_(2))比色传感器,其线性范围为0.05~100 mmol/L、检测限为0.039 mmol/L。此外,该Fe-N-C纳米酶还可应用于电化学检测H_(2)O_(2)。该基于Fe-N-C的H_(2)O_(2)比色体系在临床医学和食品环境分析中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 fe-n-C 单原子纳米酶 过氧化氢 比色检测 电化学检测
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Photocatalytic Activity of Mo+Fe Co-doped Titanium Dioxide Nanoparticles Prepared by Sol-Gel Method
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作者 刘海林 熊锐 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2013年第1期44-47,共4页
Mo+Fe co-doped TiO2 nano powders were synthesised by sol-gel method. X-ray diffraction and transmission electronic microscopy morphologies showed that the Mo+Fe co-doped TiO2 nano powders were pure anatase phase, wi... Mo+Fe co-doped TiO2 nano powders were synthesised by sol-gel method. X-ray diffraction and transmission electronic microscopy morphologies showed that the Mo+Fe co-doped TiO2 nano powders were pure anatase phase, with the average crystallite size around 20 nm. UV-Vis and photocatalic activity measurements show that this Mo+Fe co-doped TiO2 can absorb visible light, have higher separation efficiency of photoinduced electrons and holes, and possess higher photocatalytic activity compared with anatase TiO2. The enhanced photocatalytic activity of Mo+Fe co-doped TiO2 verified that doping by transition metal ions can also modify the energy band and reduce the recombination centers in TiO2. 展开更多
关键词 Mo+fe co-doped Ti02 anatase photocatalytic activity
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Self-sacrificial template synthesis of Fe, N co-doped porous carbon as efficient oxygen reduction electrocatalysts towards Zn-air battery application 被引量:1
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作者 Tianfang Yang Ye Chen +2 位作者 Yang Liu Xupo Liu Shuyan Gao 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2022年第4期2171-2177,共7页
Designing highly efficient non-precious based electrocatalysts for oxygen reduction reaction(ORR) is of significance for the rapid development of metal-air batteries.Herein,a hydrothermal-pyrolysis method is employed ... Designing highly efficient non-precious based electrocatalysts for oxygen reduction reaction(ORR) is of significance for the rapid development of metal-air batteries.Herein,a hydrothermal-pyrolysis method is employed to fabricate Fe,N co-doped porous carbon materials as effective ORR electrocatalyst through adopting graphitic carbon nitride(g-C_(3)N_(4)) as both the self-sacrificial templates and N sources.The gC_(3)N_(4)provides a high concentration of unsaturated pyridine-type N to coordinate with iron to form Fe-N active sites.Through adjusting the Fe doping amounts,it is proved that appropriate Fe doping content is conducive to the construction of abundant defects and active sites of Fe-N.The as-prepared catalyst exhibits superior electrocatalytic ORR performance in alkaline media with half-wave potential(E_(1/2)=0.82 V) and onset potential(E_(onset)=0.95 V),equivalent to the commercial Pt/C catalyst.Moreover,there is almost no activity loss after 10 k continuous cyclic voltammetry cycles and methanol tolerance,indicating the excellent durability and superior methanol tolerance.Remarkably,when assembled as the cathode in a Zn-air battery,the device displays a power density of 99 mW/cm^(2),an open-circuit potential of 1.48 V and long-term discharge-charge cycling stability,indicating the promising potential to substitute the Pt catalyst for practical application. 展开更多
关键词 ELECTROCATALYST Oxygen reduction reaction fe n co-doped porous carbon fe-n active sites Zn-air batteries
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纳米晶Fe-N-B软磁条带的制备 被引量:4
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作者 邰忠智 刘文胜 +3 位作者 唐建成 马运柱 周科朝 黄伯云 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期695-700,共6页
对非晶Fe92B8条带进行氮化、均匀化、水淬和时效处理,得到α″-Fe16N2相分布于非晶基体上的纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带。采用化学分析测试纳米晶条带中的氮含量,用X射线衍射(XRD)对相结构进行上分析。结果表明:制备的纳米晶Fe84.6N7.8B7.... 对非晶Fe92B8条带进行氮化、均匀化、水淬和时效处理,得到α″-Fe16N2相分布于非晶基体上的纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带。采用化学分析测试纳米晶条带中的氮含量,用X射线衍射(XRD)对相结构进行上分析。结果表明:制备的纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带中α″-Fe16N2相的平均晶粒尺寸和体积分数分别为18nm和54%;纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带的电阻率、饱和磁致伸缩率、饱和磁化强度、矫顽力、初始磁导率和弛豫频率分别为246μΩ·cm、2.52×10-6、2.35T、11.4A/m、9.1×104和4.1×104Hz,表明纳米晶Fe84.6N7.8B7.4条带是一种性能优良的软磁材料。 展开更多
关键词 磁性材料 fe基磁性材料 fe84.6n7.8B7.4条带 纳米材料 α″-fe16n2相 显微组织
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高软磁低电导率Fe-Fe_(3)N薄膜的N原子含量调控 被引量:1
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作者 陈震 兰明迪 +3 位作者 李国建 孙尚 刘诗莹 王强 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期276-285,共10页
微电子器件具有广泛的应用前景,为了使微电子器件具有优良的高频特性,同时具有高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率软磁薄膜的研发成为其中的关键.本文采用射频原子源辅助真空热蒸发方法制备了不同N原子含量的Fe-Fe_(3)N软磁薄膜.高... 微电子器件具有广泛的应用前景,为了使微电子器件具有优良的高频特性,同时具有高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率软磁薄膜的研发成为其中的关键.本文采用射频原子源辅助真空热蒸发方法制备了不同N原子含量的Fe-Fe_(3)N软磁薄膜.高饱和磁化强度Fe_(3)N相含量和(102)取向度的增大,使薄膜的饱和磁化强度增大,相比于Fe薄膜,饱和磁化强度提高了55.2%,达到1705.6 emu/cm^(3)(1 emu/cm^(3)=10^(3)A/m).此外,Fe_(3)N(102)取向度的增大会产生较大的晶格错配,阻碍Fe和Fe_(3)N晶粒的生长,使薄膜晶粒尺寸降低,矫顽力(50.3 Oe(1 Oe=10^(3)/(4π)A/m))比Fe薄膜降低了68.6%.同时,较大的晶格错配也会促进载流子散射,提高了Fe-Fe_(3)N薄膜电阻率,使得其电阻率(8.80μΩ·m)比Fe薄膜增大了7倍.因此,本文为高饱和磁化强度、低矫顽力以及高电阻率软磁薄膜的研发提供了新方法. 展开更多
关键词 磁性薄膜 fe-fe_(3)n 真空热蒸发 射频原子源
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氮掺杂多孔碳负载Fe纳米颗粒用于高性能电催化还原CO_(2)与Zn-CO_(2)电池 被引量:2
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作者 杨文倩 薛自前 +9 位作者 杨俊 冼家慧 刘庆林 范雅楠 郑凯 廖锫钦 苏徽 刘庆华 李光琴 苏成勇 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期185-194,共10页
电催化CO_(2)还原为CO因其技术与经济上的可行性而被认为是推进碳中和最有前景的反应之一.然而,水溶液中激烈的竞争性析氢反应阻碍生成单一高选择性产物.目前,贵金属纳米催化剂表现出较好的CO选择性,但稀缺性和高成本限制了其进一步应用... 电催化CO_(2)还原为CO因其技术与经济上的可行性而被认为是推进碳中和最有前景的反应之一.然而,水溶液中激烈的竞争性析氢反应阻碍生成单一高选择性产物.目前,贵金属纳米催化剂表现出较好的CO选择性,但稀缺性和高成本限制了其进一步应用.Fe纳米颗粒(NPs)具有电催化活性,且储量丰富成本低,被认为是一种潜在可替代贵金属的电催化剂,但Fe存在易氧化、团聚、稳定性差、吸附CO_(2)能力低等问题.因此,探索同时具有良好活性和稳定性的新型Fe NPs催化剂仍具有重要意义.金属-有机骨架(MOFs)衍生物被认为是合成锚定和激活金属纳米颗粒的良好前驱体.因此,将Fe NPs固定在MOFs衍生物中为开发稳定、高活性的Fe NPs催化剂提供了可行的机会.本文通过修饰MOFs前驱体的策略,对IRMOF-3(Zn)进行少量含铁配体单羧酸二茂铁的取代,结合一步热解碳化,制备了Fe NPs负载在海绵状氮掺杂多孔碳的复合催化剂(Fe@NPC).同时对配体为对苯二甲酸的MOF-5和配体为2-氨基-对苯二甲酸的IRMOF-3(Zn)进行热解碳化,制备了对照样品多孔碳MOF-5-D和氮掺杂多孔碳IRMOF-3-D.光电子能谱(XPS)和X射线吸收精细结构谱(XAFS)结果表明,在Fe@NPC中含有大量的Fe-Fe键以及极少量的Fe-N/C键,说明Fe主要以纳米颗粒形式存在,少量Fe-N/C分布在Fe NPs表面,在Fe NPs与氮掺杂碳基底间起到良好的连接作用.此外,Fe@NPC具有较大的比表面积(1264 m^(2)g^(-1))和高于MOF-5-D与IRMOF-3-D的CO_(2)吸附能力(93.5 cm^(3)g^(-1)),这种具有CO_(2)强吸附和丰富活性位点的多级孔结构为加速传质、加快CO_(2)转化奠定了良好的基础.在H-cell与-0.6 V_(RHE)的条件下,IRMOF-3-D的最大CO法拉第效率(FECO)为65.3%,是MOF-5-D(49.9%)的1.3倍,说明氮掺杂在一定程度上促进了CO_(2)的电还原.此外,Fe@NPC在-0.3 V_(RHE)到1.0 V_(RHE)的宽电位化学区间均表现出较好的性能,即最大的电流密度,最低的起始电位以及92.1%的最高的FECO.而且Fe@NPC在流动池中可以获得更高的FECO(96.4%),同时能够在H-cell与流动池中均保持良好的稳定性.由于*COOH高能垒,它的产生被认为是高效电化学CO_(2)-CO转换的瓶颈.进一步采用原位衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-IR)来实时监测中间体,并深入探究Fe@NPC作用于CO_(2)还原过程的机理,观测到中间体*COOH的逐渐形成和积累,以及同一反应时间内*COOH在Fe@NPC上的更快动力学形成过程;进一步说明Fe位点与氮掺杂多孔碳之间的协同作用显著提高了Fe@NPC的CO_(2)的捕获能力和传质能力并加速了CO生成的动力学.本文以Fe@NPC为阴极组装了Zn-CO_(2)电池,发现该电池具有良好的充电放电性能,放电过程中可提供3.0 mW cm^(-2)的峰值功率密度,同时表现出良好的稳定性(120个循环),实现CO_(2)电还原与储能的良好结合,并表现出高效的能量转换装置的良好应用潜力.综上,本文为设计用于高选择性的CO_(2)还原反应和能量转换器件的铁基催化剂提供了一种新方法. 展开更多
关键词 fe纳米颗粒 MOFs衍生物 氮掺杂多孔碳 CO_(2)电催化 Zn-CO_(2)电池
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Fe-C-N,Fe-C-Nb和Fe-C-Nb-N熔体活度相互作用系数 被引量:1
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作者 陈二保 王世俊 《矿冶》 CAS 2007年第4期45-48,共4页
实验测定了1400℃温度下C和N在Fe-C-N和Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度。Fe-C-Nb熔体中C的饱和溶解度计算式为xC=0.1891+2.500xNb或-lnxC-9.754xC=-36.09xNb-0.1815。C和N在Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度随Nb浓度增加而增加。根据Fe-C熔体... 实验测定了1400℃温度下C和N在Fe-C-N和Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度。Fe-C-Nb熔体中C的饱和溶解度计算式为xC=0.1891+2.500xNb或-lnxC-9.754xC=-36.09xNb-0.1815。C和N在Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度随Nb浓度增加而增加。根据Fe-C熔体的热力学性质、Fe-C-N熔体中C和N之间的活度相互作用系数、C在Fe-C-Nb熔体中及C和N在Fe-C-N和Fe-C-Nb-N熔体中的饱和溶解度,通过严格的热力学推导和计算,获得了Fe-C-N熔体中C与N之间、Fe-C-Nb熔体中C和Nb之间及Fe-C-Nb-N熔体中Nb与N之间的活度相互作用系数:eCN=0.2022,εCNb=-36.09,eCNb=-0.6843和eNNb=-0.1406。 展开更多
关键词 fe-C-n熔体 fe-C-nb-n熔体 fe-C-nb熔体 括度相互作用系数
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Fe-C-N,Fe-C-V 和 Fe-C-V-N 熔体活度相互作用系数
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作者 陈二保 王世俊 +1 位作者 周云 吴宝国 《过程工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期529-531,共3页
实验测定了1435℃温度下C和N在Fe-C-N和Fe-C-V-N熔体中的饱和溶解度.Fe-C-V熔体中C的饱和溶解度计算式为XC=0.2043+0.8365XV或-lnXC-9.683XC=-11.96XV-0.3916.C和N在Fe-C-V-N熔体中的饱和溶解度随V浓度增加而增加.根据Fe-C熔体的热力学... 实验测定了1435℃温度下C和N在Fe-C-N和Fe-C-V-N熔体中的饱和溶解度.Fe-C-V熔体中C的饱和溶解度计算式为XC=0.2043+0.8365XV或-lnXC-9.683XC=-11.96XV-0.3916.C和N在Fe-C-V-N熔体中的饱和溶解度随V浓度增加而增加.根据Fe-C熔体的热力学性质、Fe-C-N熔体中C和N之间的活度相互作用系数、C在Fe-C-V熔体中及C和N在Fe-C-N和Fe-C-V-N熔体中的饱和溶解度,通过严格的热力学推导和计算,获得了Fe-C-N熔体中C和N之间、Fe-C-V熔体中C和V之间及Fe-C-V-N熔体中V与N之间的活度相互作用系数:eCN=0.5016,εVC=-11.96,eCV=-0.2443和eVN=-0.2379. 展开更多
关键词 fe-C-n熔体 fe-C-V-n熔体 fe-C-V熔体 活度相互作用系数
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P修饰提高Fe-N-C的氧反应活性用于高稳定的锌-空气电池
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作者 张光颖 刘旭 +6 位作者 张欣欣 梁志坚 邢耕宇 蔡斌 沈迪 王蕾 付宏刚 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期141-151,共11页
生物质碳基材料具有可调的微观结构、丰富的表面活性中心、优良的导电和导热性能以及较大的比表面积,已经成为新能源领域的重要基础材料.然而,应用于锌-空气电池中时,碳基材料高电位下的碳腐蚀问题严重影响了电池的稳定性,因此,开发具... 生物质碳基材料具有可调的微观结构、丰富的表面活性中心、优良的导电和导热性能以及较大的比表面积,已经成为新能源领域的重要基础材料.然而,应用于锌-空气电池中时,碳基材料高电位下的碳腐蚀问题严重影响了电池的稳定性,因此,开发具有低过电位的析氧反应(OER)催化剂来降低充电电压是解决该问题的关键.本课题组采用一种低温磷化策略制备了具有低OER过电位的P修饰的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N和生物质碳复合催化剂(P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC),其具有较好的双功能氧反应活性,氧还原反应(ORR)的半波电位为0.86 V,仅需要280 m V的OER过电位就可以达到10 m Acm-2的电流密度.以P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC作为正极组装的锌-空气电池表现出低的充放电电压差和长期稳定性,在目前报道的碳基催化剂应用于锌-空气电池中具有很大优势.此外,采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等技术研究了磷化对催化剂的结构和催化性能带来的差异原因,并利用密度泛函理论(DFT)计算研究了催化剂的OER反应机制.XPS测试结果表明,P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC的P 2p轨道观察到P-M键、P-C键和P-O键,证实P在碳纳米结构中的成功修饰.Fe_(2)pXPS谱显示,P的掺入使Fe_(2)p峰向低结合能方向移动,这表明P的表面改性改变了金属Fe物种的表面电子构型.此外,拉曼光谱结果表明,P掺杂后样品的ID/IG值增加,说明结构中具有更多的缺陷,为ORR反应提供更多的催化活性位.O2-TPD结果表明,两种催化剂在低温区域(<500 ℃)表现为表面缺陷上的化学吸附氧,在高温区域(>500 ℃)表现为晶格氧释放,这说明了催化剂中都存在表面氧空位.与P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC的脱附氧物种相关的峰值温度低于Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC,证明P修饰可以使催化剂具有更好的吸附/脱附氧能力,进一步降低了吸附氧分子的活化能垒.利用DFT计算分析了OER活性增强的原因.DOS结果显示,与位于E_(V)在-0.543 eV的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N模型的Fe-3d-t2g相比,引入P的P-Fe_(3)O_(4)和P-Fe_(2)N模型分别正移到-0.442和-0.493 eV(E_(V)=0为EF(费米能级)),更接近EF.这表明,在电化学反应过程中,表面P的修饰促进了Fe位点的电子转移能力.不同模型OER/ORR过程中间体的自由能结果表明,OER的速率决定步骤为*OOH→O2,P-Fe_(3)O_(4)和P-Fe_(2)N模型的速率决定步骤自由能分别为2.25和1.02 eV,比Fe_(3)O_(4)(2.36 eV)和Fe_(2)N(1.25 eV)模型更低,说明P改性降低了驱动OER所需的最小过电位.综上,P修饰可以调节Fe位点的电子结构,促进氧中间物的吸附和解吸,从而改善OER的性能. 展开更多
关键词 fe-n-C催化剂 磷修饰 氧还原反应 析氧反应 锌-空气电池
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三聚氰胺衍生的高石墨氮中空管状Fe-N/C催化碱性氧还原反应
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作者 赵晓琦 李晶 +3 位作者 张雪 李盈霄 高艳芳 刘玲 《内蒙古工业大学学报(自然科学版)》 2023年第4期309-317,共9页
以煅烧三聚氰胺后形成的C3N4材料为氮源,柠檬酸为碳源,六水合三氯化铁为铁源,通过两步法合成FeN/C催化剂,并考察该催化剂对氧还原反应的电催化能力。采用XRD、SEM、Raman、XPS等表征手段对Fe-N/C催化剂的晶体结构和元素化学状态进行综... 以煅烧三聚氰胺后形成的C3N4材料为氮源,柠檬酸为碳源,六水合三氯化铁为铁源,通过两步法合成FeN/C催化剂,并考察该催化剂对氧还原反应的电催化能力。采用XRD、SEM、Raman、XPS等表征手段对Fe-N/C催化剂的晶体结构和元素化学状态进行综合评价;以CV和LSV等电化学测试手段探究Fe-N/C催化剂的氧还原电催化能力。研究结果表明,Fe-N/C催化剂具有管状形貌、较高的石墨氮含量和较佳的氧还原电催化能力。通过对电化学性能关键参数进行分析发现,Fe-N/C催化剂的起始电位是1.071 V vs. RHE,半波电位是0.911 V vs. RHE,极限电流密度是5.943 mA/cm2。 展开更多
关键词 氧还原反应 燃料电池 fe-n/C催化剂 空心管电催化剂 氮掺杂碳
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Fe取代的Pt/H-ZSM-12催化剂的合成及其正十二烷加氢异构化性能研究
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作者 韩沅龙 侯瑞峰 +5 位作者 范立闯 董思洋 卢银花 陶智超 相宏伟 杨勇 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第3期42-52,共11页
在长链烷烃的加氢异构反应中,H-ZSM-12分子筛独特的孔道结构有利于多支链异构体的生成,但其较强的酸性加剧了裂解副反应的发生。以Fe同晶取代分子筛骨架中的Al,可以有效降低分子筛的酸强度。为了提高异构产物的选择性,采用水热法合成了F... 在长链烷烃的加氢异构反应中,H-ZSM-12分子筛独特的孔道结构有利于多支链异构体的生成,但其较强的酸性加剧了裂解副反应的发生。以Fe同晶取代分子筛骨架中的Al,可以有效降低分子筛的酸强度。为了提高异构产物的选择性,采用水热法合成了Fe取代度(以n(Fe):n(Al+Fe)计)分别为0%、50%和100%的Z12-Al、Z12-Al-Fe和Z12-Fe分子筛。紫外可见吸收光谱(UV-Vis)表征结果表明,Z12-Al-Fe和Z12-Fe中引入的Fe绝大多数以[FeO_(4)]的结构存在于分子筛骨架中。红外吸收光谱(FT-IR)和X-射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,H-Z12-Al-Fe和H-Z12-Fe骨架中的Fe与Si—OH结合形成了Si—OH—Fe键。氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)和吡啶红外(Py-IR)表征结果表明,随着分子筛中Fe含量的增加,其强酸位的酸强度逐渐降低,总Bronsted酸的数量明显减少。在分子筛载体上负载足量的金属Pt后,以正十二烷(n-C_(12))为模型化合物评价了双功能催化剂的加氢异构性能(反应压力为2.0 MPa,n(H_(2)):n(n-C_(12))为6.0)。结果表明,Pt/H-Z12-Fe上Bronsted酸强度的降低和酸性位数量的减少使其催化活性低于Pt/H-Z12-Al,但弱Bronsted酸性对裂解反应的抑制使其在90%左右的n-C_(12)转化率下获得了最高的总异构选择性(85.7%)和多支链异构体选择性(53.8%),比Pt/H-Z12-Al分别高出18.6%和9.7%。此外,Pt/H-Z12-Fe在120 h的连续反应中表现出了优异的稳定性。 展开更多
关键词 ZSM-12分子筛 Bronsted酸调变 fe同晶取代 正十二烷 加氢异构
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基于碳纤维强化的Fe^(0)混养反硝化脱氮效能与机制
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作者 王铮 贾林春 +2 位作者 史大林 何月玲 薛罡 《工业水处理》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期66-75,共10页
以含NO_(3)^(-)-N合成废水为处理对象,对比了单独投加Fe^(0)与碳纤维强化Fe^(0)混养反硝化连续流反应器反硝化脱氮的效能。结果表明,在COD/NO_(3)^(-)-N为2.9~3.1、水力停留时间(HRT)为24 h时,投加碳纤维强化Fe^(0)的实验组R1对TN和NO_(... 以含NO_(3)^(-)-N合成废水为处理对象,对比了单独投加Fe^(0)与碳纤维强化Fe^(0)混养反硝化连续流反应器反硝化脱氮的效能。结果表明,在COD/NO_(3)^(-)-N为2.9~3.1、水力停留时间(HRT)为24 h时,投加碳纤维强化Fe^(0)的实验组R1对TN和NO_(3)^(-)-N平均去除率分别高达89.04%和97.13%,显著高于单独投加Fe^(0)的对照组R0。胞外聚合物(EPS)及电子传递活性(ETSA)变化规律表明,碳纤维的投入可进一步促进EPS生成,且强化了微生物对电子的利用率。扫描电镜-能量色散光谱仪(SEM-EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析结果发现R1中Fe^(0)表面有明显的微生物腐蚀现象,FeO(OH)和含铁有机复合物是主要的腐蚀产物。微生物学分析表明,有机碳源投加量的提高及碳纤维的投加有效提高铁自养反硝化菌属丰度,促进反硝化功能基因的富集。 展开更多
关键词 nO_(3)^(-)-n废水 fe^(0) 碳纤维 混养反硝化 COD/nO_(3)^(-)-n 微生物群落
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