Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂的制备及析氧反应性能研究

氢能对于缓解能源危机和环境污染意义重大。电化学水分解过程中,阳极析氧反应(OER)作为能量转换装置的关键半反应,由于电子-质子转移形成了复杂的中间产物,导致动力学缓慢,限制了产氢速率。传统OER催化剂包括二氧化铱、二氧化钌等贵金属,存在储量低、价格昂贵、稳定性差等缺点,因此设计开发高效、廉价的非贵金属OER催化剂是解决OER动力学缓慢问题的关键。尖晶石氧化物(AB_(2)O_(4))具有特殊的电子结构和优异的OER性能,并可通过杂元素原子掺杂进一步提高其OER性能,被认为是一种具有潜力的非贵金属电催化剂。采用一步水热法,合成了Mn掺杂Co_(3)O_(4)电催化剂Mn-Co_(3)O_(4),研究了其电催化性能和稳定性。结果表明,利用Mn原子的掺杂,构建了氧桥连的Mn-O-Co配位结构,通过协同耦合作用,提高了Mn-Co_(3)O_(4)的OER催化性能。制备的Mn-Co_(3)O_(4)催化剂表现出高效的催化活性,在电流密度10和100 mA·cm^(-2)下,其过电位分别为270和335 mV。Mn-Co_(3)O_(4)同时表现出快速的动力学性能,Tafel斜率低至74 mV·dec^(-1)。此外,Mn-Co_(3)O_(4)还具有优异的稳定性,在电流密度10 mA·cm^(-2)下可稳定保持40 h。本研究为开发高效的OER催化剂提供了思路。

非贵金属基氨硼烷水解产氢催化材料研究进展

氨硼烷(AB)因储氢容量高成为理想的储氢材料之一,但在温和条件下水解产氢性能仍有待提高,因此开发加速水解过程的催化剂至关重要。为了更好地开发高活性、高稳定性的AB水解产氢催化剂,对近年来非贵金属基氨硼烷水解产氢催化剂的研究现状进行了归纳总结,包括纯金属催化剂、金属化合物催化剂(硼化物、磷化物、氧化物)、金属/金属化合物催化剂等。本文主要对催化剂的发展、不同催化剂的制备方法以及不同调控方式(微观结构、比表面积、粒径大小、pH、组分以及配体和载体等)对催化剂的催化活性和稳定性的影响进行总结,同时对近年来非贵金属基氨硼烷水解产氢催化剂面临的一些挑战(如催化机理不明、催化剂稳定性不足、AB再生困难等)进行讨论,并依据现有研究提出未来的努力方向。

原子层沉积金属氧化物层对Pt/Al_(2)O_(3)催化剂三效催化活性和热稳定性的影响

高温热稳定性的提高是车用三效催化剂目前面临的主要挑战之一。利用原子层沉积技术(ALD)在新鲜Pt/Al_(2)O_(3)催化剂上分别沉积了CeO_(2)、TiO_(2)和La_(2)O_(3)薄层,采用X射线衍射、透射电子显微镜、氮气低温吸附-脱附和氢气程序升温还原等对催化剂的物理化学性质进行表征,研究沉积氧化物薄层对Pt/Al_(2)O_(3)催化剂三效催化反应活性和热稳定性的影响。结果表明,沉积CeO_(2)、TiO_(2)和La_(2)O_(3)薄层可以提高催化剂性能,还能抑制Pt纳米粒子在800℃和10 h老化过程中聚集长大。在CeO_(2)、TiO_(2)和La_(2)O_(3)修饰的催化剂中,Pt/Al_(2)O_(3)@TiO_(2)催化剂具有最好的三效催化活性和热稳定性。

金属在硼簇化合物中的作用

金属硼原子簇化合物包括金属硼烷、金属碳硼烷及其衍生物,分子几何构型千变万化。一个或多个金属原子(主族或过渡元素)束缚在硼骨架或碳硼骨架上,在作硼或碳硼骨架的稳定剂,或作合成的试剂时,金属所起的作用是很重要的。

金属有机框架衍生氮掺杂碳限域钴原子簇催化硝基化合物转移加氢

本工作以2-甲基咪唑、六水合硝酸锌及乙酰丙酮钴为前驱体,通过溶剂热反应合成出基于金属有机框架材料的Co@ZIF-8,经高温热解还原,成功制备出以Co-Nx为活性位点的氮掺杂碳限域Co催化剂(Co@ZIF-8(C)).采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射分析、X射线光电子能谱、拉曼光谱、电感耦合等离子发射光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪和氮气吸脱附测试等对催化剂进行了系统表征.分析表明,合成的Co@ZIF-8(C)催化剂中的Co以原子簇的形式均匀分散在氮掺杂碳载体内,氮掺杂为锚定金属Co提供了位点,ZIF-8载体大的比表面积和介孔结构提高了底物与活性位点的接触机率.载体与金属之间的强相互作用和载体的空间限域效应,提高了Co原子簇对催化硝基化合物转移加氢的性能,使其在常温下实现了高转化率、循环稳定及底物通用等性能.

含Al耐热奥氏体不锈钢的团簇式成分设计

表面生成Al_(2)O_(3)保护膜的奥氏体不锈钢具有良好的高温服役性能,为了使Al强烈促进铁素体的生成需要精确匹配奥氏体稳定元素Ni和Al的含量。为此,本文先引入“团簇加连接原子”结构模型,解析该类不锈钢的成分特征,确定其16原子团簇式,进而结合当量计算并基于橡树岭实验室推出的成分,固定C含量(质量分数)为0.1%,设计了固定Ni含量提高Al(代替Cr)含量和固定Al含量提高Ni(代替Fe)含量两个成分系列,分别为Al_(x)Si_(0.05)Nb_(0.15)-Fe_(8.7)Ni_(3.0)Mn_(0.3)-Cr_(3.6x)Mo_(0.2)(x=_(0.8),1.0和1.1)和Al_(1)Si_(0.05)Nb_(0.15)-Fe_(11.7y)Ni_(y)Mn_(0.3)-Cr_(2.6)Mo_(0.2)(y=3.2,3.4,3.7和4.0),研究了Ni和Al的不同匹配对固溶水淬(1250℃/1.5 h)加时效态(800℃/24 h)奥氏体稳定性的影响。Ni含量为_(3.0)的16原子团簇式,Al含量为_(0.8)时为单相奥氏体;Al含量为1.0和1.1时,奥氏体失稳而铁素体形成。在Al含量为1.0的16原子团簇式中,Ni含量为3.2~4.0时均为单相奥氏体。即在16原子团簇式模型下Al_(0.8)(2.45%)和Al_(1)(_(3.0)8%)分别需要Ni_(3.0)(20.00%)和Ni_(3.2)(21.43%)以避免形成铁素体,最终确定该类不锈钢的理想团簇式为[(Al,Si,Nb)_(1)-(Fe,Ni,Mn)_(12)](Cr,Mo,W)_(3)。