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Progress and prospect of Pt-based catalysts for electrocatalytic hydrogen oxidation reactions
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作者 Xu Zhang Ying Xie Lei Wang 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2024年第3期960-981,共22页
To achieve the goals of the peak carbon dioxide emissions and carbon neutral,the development and utilization of sustainable clean energy are extremely important.Hydrogen fuel cells are an important system for converti... To achieve the goals of the peak carbon dioxide emissions and carbon neutral,the development and utilization of sustainable clean energy are extremely important.Hydrogen fuel cells are an important system for converting hydrogen energy into electrical energy.However,the slow hydrogen oxidation reaction(HOR)kinetics under alkaline conditions has limited its development.Therefore,elucidating the catalytic mechanism of HOR in acidic and alkaline media is of great significance for the construction of highly active and stable catalysts.In terms of practicality,Pt is still the primary choice for commercialization of fuel cells.On the above basis,we first introduced the hydrogen binding energy theory and bifunctional theory used to describe the HOR activity,as well as the pH dependence.After that,the rational design strategies of Pt-based HOR catalysts were systematically classified and summarized from the perspective of activity descriptors.In addition,we further emphasized the importance of theoretical simulations and in situ characterization in revealing the HOR mechanism,which is crucial for the rational design of catalysts.Moreover,the practical application of Pt-based HOR catalysts in fuel cells was also presented.In closing,the current challenges and future development directions of HOR catalysts were discussed.This review will provide a deep understanding for exploring the mechanism of highly efficient HOR catalysts and the development of fuel cells. 展开更多
关键词 Pt-based catalysts hydrogen oxidation reaction(HOR) electrocatalytic mechanism hydrogen binding energy theory bifunctional theory
原文传递
Enhancing hydrogen evolution and oxidation kinetics through oxygen insertion into nickel lattice
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作者 Wanli Liang Xiyu Gong +9 位作者 Jinchang Xu Zixuan Dan Fanyan Xie Hulei Yu Hao-Fan Wang Yanshuo Jin Hongjuan Wang Yonghai Cao Hui Meng Hao Yu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS 2024年第8期529-539,I0012,共12页
Nickel-based materials,including metallic Ni and Ni oxide,have been widely studied in the exploration of non-precious-metal hydrogen electrocatalysts,but neither pure Ni nor NiO is ideal for the hydrogen evolution rea... Nickel-based materials,including metallic Ni and Ni oxide,have been widely studied in the exploration of non-precious-metal hydrogen electrocatalysts,but neither pure Ni nor NiO is ideal for the hydrogen evolution reaction(HER)and hydrogen oxidation reaction(HOR).In this paper,an oxygen insertion strategy was applied on nickel to regulate its hydrogen electrocatalytic performance,and the oxygen-inserted nickel catalyst was successfully obtained with the assistance of tungsten dioxide support(denoted as O-Ni/WO_(2)).The partial insertion of oxygen in Ni maintains the face-centered cubic arrangement of Ni atoms,simultaneously expanding the lattice and increasing the lattice spacing.Consequently,the adsorption strength of^(*)H and^(*)OH on Ni is optimized,thus resulting in superior electrocatalytic performance of0-Ni/WO_(2)in alkaline HER/HOR.The Tafel slope of O-Ni/WO_(2)@NF for HER is 56 mV dec^(-1),and the kinetic current density of O-Ni/WO_(2)for HOR reaches 4.85 mA cm^(-2),which is ahead of most currently reported catalysts.Our proposed strategy of inserting an appropriate amount of anions into the metal lattice could provide more possibilities for the design of high-performance catalysts. 展开更多
关键词 hydrogen evolution hydrogen oxidation nickel Oxygen insertion Adsorption free energy
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泡沫镍上原位制备FeOOH/MoSe_(y)及电解水双催化性能研究
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作者 郭苏丽 张丽 +2 位作者 阎建辉 杨海华 黄杨 《山东化工》 CAS 2023年第17期22-26,30,共6页
为设计同时具有优异电催化析氢和析氧性能的过渡金属基催化剂,以泡沫镍为载体和集流体,原位制备了硒化钼(MoSe_(y))和羟基氧化铁(FeOOH),得到FeOOH/MoSe_(y)@Ni复合材料。表征结果表明,先通过电沉积法原位生长了MoSe_(y)层,再以该MoSe_... 为设计同时具有优异电催化析氢和析氧性能的过渡金属基催化剂,以泡沫镍为载体和集流体,原位制备了硒化钼(MoSe_(y))和羟基氧化铁(FeOOH),得到FeOOH/MoSe_(y)@Ni复合材料。表征结果表明,先通过电沉积法原位生长了MoSe_(y)层,再以该MoSe_(y)层为成核点,通过常温浸泡生长形成了由FeOOH纳米片组成的微米绒球。在三电极体系中,以1 mol·L^(-1) KOH溶液为电解液,该FeOOH/MoSe_(y)@Ni复合材料表现出优异的电催化析氢和析氧性能,析氢电流密度在10 mA·cm^(-2)时的过电位(η_(10))为128 mV,析氧电流密度在20 mA·cm^(-2)时的过电位(η_(20))为306 mV,并具有较小的Tafel斜率、较大的双电层电容(C_(dl))值和良好的稳定性。FeOOH/MoSe_(y)@Ni优异的电催化性能主要由于三维开放的泡沫镍骨架和原位制备的MoSe_(y)层和FeOOH微米绒球相结合,可提供丰富的催化活性中心、良好的导电性、离子传输以及稳定性。 展开更多
关键词 电催化解水 析氢反应 析氧反应 泡沫镍 羟基氧化铁 硒化钼
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氧化铁镍电极上析氧反应的电化学研究(英文) 被引量:3
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作者 黄金昭 徐征 +2 位作者 李海玲 亢国虎 王文静 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2006年第2期154-158,共5页
应用射频反应磁控溅射法制备阳极催化氧化铁镍薄膜,由循环伏安、线性扫描伏安、极化曲线和电化学交流阻抗谱等研究发生在该电极上的氧化反应.结果表明,作为活化中心的铁能使过电势降低,并且随着溅射过程氧流量的增加催化性能增强,铁的... 应用射频反应磁控溅射法制备阳极催化氧化铁镍薄膜,由循环伏安、线性扫描伏安、极化曲线和电化学交流阻抗谱等研究发生在该电极上的氧化反应.结果表明,作为活化中心的铁能使过电势降低,并且随着溅射过程氧流量的增加催化性能增强,铁的掺入使得速率限定步骤由OH-的释放变为氧原子的结合.与镍相比,氧化铁镍是更理想的催化阳极材料,当电流密度为50 mA/cm2时,其氧的过电势比镍的下降了500 mV. 展开更多
关键词 氧化铁镍 电催化 氢能
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氢气泡模板法制备多孔镍用于电催化氧化乙醇 被引量:1
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作者 张文彬 张长财 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第10期1177-1183,共7页
多孔镍通过同时在水溶液中析出氢气及还原镍离子电沉积生成,其在强碱溶液中对乙醇表现出良好的电催化氧化效果。在1 mol/L KOH溶液中,多孔镍的电极反应为准可逆的β-氢氧化镍与β-羟基氧化镍之间质子耦合电子转移。循环伏安图显示峰值... 多孔镍通过同时在水溶液中析出氢气及还原镍离子电沉积生成,其在强碱溶液中对乙醇表现出良好的电催化氧化效果。在1 mol/L KOH溶液中,多孔镍的电极反应为准可逆的β-氢氧化镍与β-羟基氧化镍之间质子耦合电子转移。循环伏安图显示峰值电流密度与电势扫描速度平方根成线性关系,据此计算可得多孔镍的质子扩散系数值为2.92×10-8cm2/s,其高于块状镍体系的质子扩散系数值约4个数量级,这可能由真实表面积增大导致。循环伏安法和计时电流法用来表征多孔镍对乙醇的电催化氧化能力,相对于(220)镍电极,多孔镍表现出更高的催化效率,计时电流法测量的催化反应速率常数为7.17×103cm3/(mol·s)。 展开更多
关键词 氢气泡模板法 多孔镍 电催化氧化 乙醇
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天然气制氢技术进展及发展趋势 被引量:26
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作者 陈英杰 《煤炭与化工》 CAS 2020年第11期130-133,共4页
基于国家优化能源结构、高质量发展清洁能源的发展要求,对氢能源的制取方法进行了介绍,探讨了天然气制氢技术研究的进展情况,并重点对蒸汽重整、部分氧化、CO2重整、催化裂解等技术的反应机理、技术优势和弊端进行了分析,指出了天然气... 基于国家优化能源结构、高质量发展清洁能源的发展要求,对氢能源的制取方法进行了介绍,探讨了天然气制氢技术研究的进展情况,并重点对蒸汽重整、部分氧化、CO2重整、催化裂解等技术的反应机理、技术优势和弊端进行了分析,指出了天然气制氢技术亟待解决的问题和发展趋势。分析结果表明,部分氧化制氢技术、自热重整制氢技术的反应机理仍不能完全明确,需深入进行实验室热力学和动力学研究以明确反应机理;镍基催化剂的抗积碳能力、反应活性和稳定性也是实验室的研究重点,需在工业化运行中积累经验不断优化。 展开更多
关键词 清洁能源 氢能源 天然气制氢 蒸汽重整 自热重整 部分氧化 镍基催化剂
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Electrocatalysis-driven sustainable plastic waste upcycling
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作者 Gaihong Wang Zhijie Chen +1 位作者 Wei Wei Bing-Jie Ni 《Electron》 2024年第2期53-84,共32页
With large quantities and natural resistance to degradation,plastic waste raises growing environmental concerns in the world.To achieve the upcycling of plastic waste into value-added products,the electrocatalytic-dri... With large quantities and natural resistance to degradation,plastic waste raises growing environmental concerns in the world.To achieve the upcycling of plastic waste into value-added products,the electrocatalytic-driven process is emerging as an attractive option due to the mild opera-tionconditions,highreactionselectivity,andlowcarbonemission.Herein,this review provides a comprehensive overview of the upgrading of plastic waste via electrocatalysis.Specifically,key electrooxidation processes including the target products,intermediates and reaction pathways in the plastic electro-reforming process are discussed.Subsequently,advanced electrochemical systems,including the integration of anodic plastic monomer oxidation and value-added cathodic reduction and photo-involved electrolysis processes,are summarized.The design strategies of electrocatalysts with enhanced activity are highlighted and catalytic mechanisms in the electrocatalytic oxidation of plastic waste are eluci-dated.To promote the electrochemistry-driven sustainable upcycling of plastic waste,challenges and opportunities are further put forward. 展开更多
关键词 catalyst design electrocatalytic reforming electrochemical oxidation hydrogen energy plastic waste
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电催化氧化处理化学镀镍高氨氮废水 被引量:5
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作者 李明 唐益洲 汪鑫龙 《中国给水排水》 CAS CSCD 北大核心 2021年第23期101-105,共5页
以电路板行业化学镀镍高氨氮废水为研究对象,采用电催化氧化法对其进行处理,考察pH值、氯化钠投加量、电流密度对废水中氨氮和镍去除效果的影响,并分析反应过程中pH值的变化。结果表明,恒定pH值为8时处理效果最好,氨氮的氧化降解和镍的... 以电路板行业化学镀镍高氨氮废水为研究对象,采用电催化氧化法对其进行处理,考察pH值、氯化钠投加量、电流密度对废水中氨氮和镍去除效果的影响,并分析反应过程中pH值的变化。结果表明,恒定pH值为8时处理效果最好,氨氮的氧化降解和镍的去除是pH值下降的主要原因;氯化钠投加量越大,氨氮降解速度越快;过高的电流密度反而会造成反应体系中电流效率下降、能耗升高;镍的去除滞后于氨氮的降解,且在氨氮浓度下降后会有一个加速去除的过程;经电催化氧化处理后,废水中的氨氮和镍浓度远低于《电镀污染物排放标准》(GB 21900—2008)表3中的限值,经计算降解1 kg氨氮的能耗仅为38.74 kW·h。 展开更多
关键词 电催化氧化 化学镀镍 氨氮 能耗
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Ni-NiO/N-C的制备及其电解水析氢性能 被引量:2
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作者 吴诗德 张桂伟 +3 位作者 黄思光 易峰 平丹 方少明 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1667-1677,共11页
电催化分解水制氢(HER)被认为是最具应用前景的能量转换方式之一,可同时获得高纯度氢气并实现能量储存与转化,其关键在于低廉、高效且高稳定HER电催化剂的设计与开发。采用一步水热法得到羟基氧化镍/聚苯胺(NiOOH/PANI)催化剂前驱体,经... 电催化分解水制氢(HER)被认为是最具应用前景的能量转换方式之一,可同时获得高纯度氢气并实现能量储存与转化,其关键在于低廉、高效且高稳定HER电催化剂的设计与开发。采用一步水热法得到羟基氧化镍/聚苯胺(NiOOH/PANI)催化剂前驱体,经800℃热解后制备出Ni-NiO/N-C负载型电催化剂,并考察其HER性能。采用XRD、SEM、TEM、BET、XPS和Raman等手段对催化剂的物理化学属性进行表征,结果表明催化剂主要呈现出均匀的碳纳米片状堆积结构,Ni和NiO同时存在且均匀分布在载体N-C表面。电化学性能测试结果表明该催化剂的催化性能与催化剂中金属Ni的相对含量密切相关,当前驱体中苯胺添加量为0.6 mL时,所得催化剂Ni-NiO/N-C-0.6上金属Ni相对含量最高,电催化性能最好,在电流密度为10 mA·cm^(−2)时过电位仅为168 mV,且连续工作16 h或经历1000次循环伏安测试后,催化活性基本不变,展现出优异的催化稳定性,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 氢能 电解水 催化剂 氧化镍 氮掺杂碳
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