纳米碳片负载Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质结的原位合成及电催化性能研究

以K_(3)[Co(CN)_(6)]为Co源,硫脲为S源,富含-OH和-NH_(2)的天然亲水性高分子壳聚糖为碳源,通过形成CS-K_(3)[Co(CN)_(6)]水凝胶将Co前驱体和S源均匀分布于C前驱体中。水凝胶形成的主要驱动力来自金属Co离子与壳聚糖中-NH_2的配位交联以及Co离子之间通过-CN的桥接作用。得益于均匀分散的前驱体和后续热解处理初期形成的Co的催化作用,通过简单地调控Co与S的原子比,原位构建出均匀镶嵌有Co/Co_(9)S_(8)异质结的N,S共掺杂富含微孔的碳纳米片(Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs)。采用SEM、TEM、BET、XRD、Raman、XPS和电化学工作站等方法对所制备催化剂的形貌、组成和结构以及电催化性能进行了表征。结果表明,形成的Mott-Schottky型Co/Co_(9)S_(8)异质界面有效地调控了活性中心的电子结构和电荷传输特性;二维掺杂多孔碳纳米片的负载使活性位点更加均匀分散,同时提供了高速的电子和传质通道,也避免了活性位点在催化过程中的迁移聚集。两者的协同作用使合成的Co/Co_(9)S_(8)@N,S-CNSs复合催化剂具有了更优的催化性能,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下,其催化碱性析氧反应/OER的过电位仅为304 mV,优于商业化的RuO_(2)催化剂。该研究为发展具有优异电催化性能的廉价过渡金属催化剂提供帮助。

氮/硫双掺多孔碳负载Fe_9S_(10)纳米粒子的氧还原电催化性能

通过简单热解后酸刻蚀方法制备了一种新型的氮/硫双掺的多孔碳负载Fe_9S_(10)纳米粒子(Fe_9S_(10)/NSPC)复合材料.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对催化剂的结构形貌和化学成分进行了表征,用旋转圆盘(RDE)和旋转环盘(RRDE)技术对其氧还原催化性能进行了探究.结果表明,Fe_9S_(10)/NSPC-900(900℃为热解温度)在碱性介质中展现出了较高的氧还原催化活性及良好的稳定性和优异的抗甲醇性能.

石墨烯负载的S掺杂NiFe LDH材料的制备及电催化性能

采用了CVD、水热法及室温硫化制备了石墨烯负载的S掺杂NiFe LDH电催化剂(NFG@NiFe-S LDH)。利用XRD、SEM、Raman、BET、EPR和Gamry电化学工作站对材料的结构和电化学性能进行研究,探究了复合石墨烯以及S掺杂对材料及电化学性能的影响。结果表明,与石墨烯复合极大提高了材料的导电性,S掺杂使得材料中出现更多缺陷,调节了材料电子结构,促进电子转移,从而提高了材料的催化活性。尤其是当硫化时间为2 h时,在电流密度为100 mA/cm^(2)时,OER过电位仅282 mV,塔菲尔斜率只有70.6 mV/dec。

一种新型非贵金属氧还原电催化剂

用N4-金属大环化合物作为非贵金属氧还原电催化剂是一个很有希望的途径。综述了N4-金属大环化合物的阴极氧还原电催化性质 ,讨论了中心金属原子、热处理大环化合物对催化剂性能的影响 ,介绍了这类催化剂的制备方法及其抗甲醇性能 ,并指出了这类催化剂存在的问题及其发展方向。

缺陷工程在金属基电池中的研究进展

清洁能源在开发和利用过程中存在间歇性和不稳定性,开发高性能、高效率、环保清洁的新型储能器件可保障稳定的能源输出,实现能源转型.其中,金属基电池(如金属-空气电池,金属-硫电池等)具有低成本,高能量密度的优势,具有较高的应用价值.电池电极材料(催化剂)的合理设计影响着其储能效率,对可再生能源技术的发展具有重要作用.近年来,随着研究人员对电催化反应机理的深入理解,缺陷工程被普遍认为是增加催化活性位点数量,提升电池性能的有效策略.其原因在于缺陷可以提供大量不饱和位点,从而为电化学过程提供更多活性中心,增强电极催化效率,实现电化学动力学的提升.此外,缺陷工程实现了电池电极材料局部原子结构以及配位环境的可控调节,进一步调整电极材料的电子和结构特性,可显著提升电池的电化学动力学.本文系统总结了缺陷工程促进电催化性能的可行性策略和金属基电池电催化剂缺陷工程的最新进展.首先介绍了金属-空气电池和金属-硫电池的反应机理,明确金属基电池的反应机理和反应过程对于开发性能优异、环境适应性强催化剂至关重要.其次,归纳和总结了缺陷的种类(本征缺陷、阴离子空位、阳离子空位、晶格畸变和杂原子掺杂)及其引入的常用方法(如热/化学还原、剥落、化学刻蚀、等离子体技术、球磨等).随后,讨论了用于检测电催化剂中缺陷类型和浓度的相关高端表征手段,揭示了构筑缺陷催化剂是提高电催化剂性能的关键.此外,对电催化电池中缺陷的作用及设计原则进行了总结,讨论了电催化剂中缺陷的作用机理,为未来实现具有高本征活性、长期稳定性和高选择性的电催化剂设计提供了更科学的指导.以典型的金属基电池(锌-空电池、锂氧电池、锂-CO_(2)电池、锂硫电池、钠硫电池等)为例,详细介绍了缺陷工程在提高金属基电池电化学性能中发挥的重要作用及其最新进展.最后,提出了金属基电池目前面临的挑战和发展前景,旨在通过缺陷工程提升催化电极材料活性,促进清洁储能器件的商业化进程.