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Pt纳米颗粒结合ZIF-67衍生的PtCo-NC催化剂用于醇类燃料电氧化 认领
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作者 方波 冯立纲 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2020年第7期40-46,共7页
在本工作中,通过在氮气保护下热解Pt纳米颗粒结合的ZIF-67制备了由ZIF-67原位产生的氮掺杂碳负载Pt Co合金纳米颗粒组成的Pt Co-NC复合催化剂。通过X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜等物理表征手段研究了催化剂的结构和形貌,并... 在本工作中,通过在氮气保护下热解Pt纳米颗粒结合的ZIF-67制备了由ZIF-67原位产生的氮掺杂碳负载Pt Co合金纳米颗粒组成的Pt Co-NC复合催化剂。通过X射线衍射,扫描电子显微镜,透射电子显微镜等物理表征手段研究了催化剂的结构和形貌,并测试了该催化剂对醇类燃料甲醇和乙醇氧化的电化学性能。与参比样Pt/C相比,Pt Co-NC催化剂的电催化活性与稳定性均得到了极大的提高,其优异的催化性能可以归因于抗一氧化碳中毒能力的提升和原位形成的Pt Co纳米颗粒和氮掺杂载体间的协同作用。 展开更多
关键词 醇类氧化反应 直接醇类燃料 催化剂 铂基催化剂 氮掺杂碳
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新型氮化物电催化剂研究获进展 认领
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《乙醛醋酸化工》 2020年第2期44-45,共2页
近日,中科院上海硅酸盐所研究员王家成和中科院宁波材料所研究员杨明辉联合英国爱丁堡大学和印度理工学院的研究人员发现,锆基材料表现出可取代贵金属铂催化剂的巨大潜力,有望用于制备燃料电池和金属空气电池。在该研究中,科研人员采用... 近日,中科院上海硅酸盐所研究员王家成和中科院宁波材料所研究员杨明辉联合英国爱丁堡大学和印度理工学院的研究人员发现,锆基材料表现出可取代贵金属铂催化剂的巨大潜力,有望用于制备燃料电池和金属空气电池。在该研究中,科研人员采用一种温和方法,在更低温度下制备出了高活性氮化锆纳米颗粒。 展开更多
关键词 催化剂 催化剂 燃料 氮化物
壳聚糖包覆多孔碳骨架的可控制备及其电催化性能 认领
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作者 钱庆仁 朱敏 韩三灿 《有色金属材料与工程》 CAS 2020年第2期14-20,共7页
燃料电池是一种环境友好、转换效率高、能量密度高的能量转换装置,可将化学能直接转换为电能。但目前应用于阴极氧还原(oxygen reduction reaction,ORR)的铂基催化剂价格昂贵、资源稀缺、抗甲醇能力低的缺点限制了它的应用。基于此,以... 燃料电池是一种环境友好、转换效率高、能量密度高的能量转换装置,可将化学能直接转换为电能。但目前应用于阴极氧还原(oxygen reduction reaction,ORR)的铂基催化剂价格昂贵、资源稀缺、抗甲醇能力低的缺点限制了它的应用。基于此,以生物质材料壳聚糖为前驱体,通过水热法将壳聚糖包覆到分层多孔氮掺杂碳骨架(hierarchically porous nitrogen-doped carbon,HPC)上,经高温处理得到了高效的铁掺杂壳聚糖包覆HPC催化剂(Fe-HPC@CTS)。研究结果表明:壳聚糖已包覆到HPC上,有效的提升了催化剂的比表面积;壳聚糖包覆HPC,一方面增加了催化剂中的活性位点,另一方面HPC提供了导电性好、比表面积大的基底,从而使得催化剂拥有一个良好的电子传输通道以及暴露更多的活性位点,从而使催化剂的ORR性能有明显的提升;该催化剂在碱性条件下ORR半波电位为0.80 V,极限电流密度为6.50 mA·cm^?2。通过抗甲醇性能测试,该催化剂的抗甲醇性能要优于20%Pt/C催化剂。 展开更多
关键词 氧还原 燃料 非贵金属碳材料催化剂 催化剂
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PdPb双金属纳米线作为增强乙醇电氧化的电催化剂 认领
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作者 马宁 王舒晴 +4 位作者 刘雪华 孙云昌 尹燕儒 张连营 郭培志 《中国科学:材料科学(英文版)》 SCIE EI CSCD 2020年第10期2040-2049,共10页
价格低廉且高效的电催化剂是加速燃料电池商业化的关键.本文采用一步水热法制备出直径约3.5 nm的超细PdPb纳米线.在钯基双金属纳米结构中引入铅后,不同组成的PdPb纳米线与钯纳米颗粒的形貌差异较大.XRD、TEM、XPS和电化学表征结果证实,... 价格低廉且高效的电催化剂是加速燃料电池商业化的关键.本文采用一步水热法制备出直径约3.5 nm的超细PdPb纳米线.在钯基双金属纳米结构中引入铅后,不同组成的PdPb纳米线与钯纳米颗粒的形貌差异较大.XRD、TEM、XPS和电化学表征结果证实,由于双金属间的协同效应,PdPb纳米线的电催化活性和耐久性均优于钯纳米颗粒.其中,Pd65Pb35的乙醇电氧化电流密度最高,可达3460 mA mgPd^−1,约为商业Pd/C的6.3倍.HRTEM测试和经酸性介质长期处理后的表征结果显示,Pd65Pb35表面原子的优化排列和丰富的缺陷使其表现出高性能.此外,本文讨论和分析了不同铅含量的PdPb纳米线之间形貌和电催化活性的差异. 展开更多
关键词 金属纳米结构 水热法制备 金属纳米线 催化活性 双金属 催化剂 钯纳米颗粒 燃料
镍基/功能性碳纳米管对尿素电氧化的电催化活性的研究 认领
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作者 周兆飞 李建树 +1 位作者 李新宇 黄成德 《化学工业与工程》 CAS CSCD 2020年第5期72-79,共8页
为了改善直接尿素燃料电池的性能,比较了3种表面官能化的碳纳米管对尿素电化学氧化的影响。结果表明,碳纳米管的表面官能团以及掺杂的非金属元素B对镍基电催化剂的电催化性能有很大的影响。3种碳纳米管对电催化活性的影响顺序为:OH-MWCN... 为了改善直接尿素燃料电池的性能,比较了3种表面官能化的碳纳米管对尿素电化学氧化的影响。结果表明,碳纳米管的表面官能团以及掺杂的非金属元素B对镍基电催化剂的电催化性能有很大的影响。3种碳纳米管对电催化活性的影响顺序为:OH-MWCNTs>NH2-MWCNTs>N-MWCNTs。非晶态NixB/OH-MWCNTs电催化剂在尿素的电氧化中表现出高催化性能,其循环伏安曲线的峰值电流密度为109.09 mA·cm^-2,是Ni/OH-MWCNTs电极的2倍。这可能是由于Ni和B之间的相互作用,引起Ni晶格参数的变化,从而增强了催化剂的抗中毒性能并提高了催化剂的活性。 展开更多
关键词 氧化 尿素 催化剂 功能性多壁碳纳米管 镍基
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Ni(SxSe1-x)2纳米线阵列催化电极的制备与析氢性能 认领
6
作者 郭亚杰 李帆 +2 位作者 郭栋 张春瑞 卢尚智 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第16期16011-16015,共5页
黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX 2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研... 黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX 2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研究尝试通过掺杂调控催化剂成分的方式进一步改善其催化性能。以S和Se共掺杂Ni基硫属化合物为研究对象,选择碳纤维纸作为导电基底,采用水热法在碳纤维表面生长出Ni 2-(CO 3)(OH) 2纳米线阵列作为前驱体,并以S/Se混合粉作为反应源,利用化学气相沉积法实现S/Se与Ni 2(CO 3)(OH) 2的反应,合成了成分可控的阴离子共掺Ni(S x Se 1- x ) 2纳米线阵列自支撑一体化催化电极。电催化性能测试表明:在不同成分的Ni(S x Se 1- x ) 2中,Ni(S 0.81 Se 0.19 ) 2纳米线表现出最佳的催化性能,仅需要93 mV和135 mV的过电位就可以分别驱动10 mA·cm -2 和100 mA·cm -2 的电流密度,对应的Tafel斜率也低至42.07 mV·dec -1 。研究表明,阴离子掺杂能够进一步提高该类催化剂的催化活性,为高效率、低成本碱金属化合物电催化剂的设计和制备提供借鉴思路。 展开更多
关键词 二硒化镍 阴离子掺杂 催化剂 析氢反应 催化活性
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电化学氢压缩和纯化与竞争技术的对比:Ⅱ.电催化的挑战 认领
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作者 Marine Trégaro Maha Rhandi +2 位作者 Florence Druart Jonathan Deseure Marian Chatenet 《催化学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期770-782,共13页
在未来的几十年里,氢将成为世界能源政策的基础,因为它的脱碳性质,至少在可再生能源生产时是如此.目前,氢基本上仍然是从化石原料中生产出来的(在某种程度上来自于生物质);因此,目前市场上的氢气含有不可忽略的杂质,这些杂质阻碍了氢气... 在未来的几十年里,氢将成为世界能源政策的基础,因为它的脱碳性质,至少在可再生能源生产时是如此.目前,氢基本上仍然是从化石原料中生产出来的(在某种程度上来自于生物质);因此,目前市场上的氢气含有不可忽略的杂质,这些杂质阻碍了氢气立即用于特殊化学或作为燃料电池的能量载体,例如在运输应用(汽车、公共汽车、火车、船只等)中逐渐扩散到地球上.因此,氢气必须具有足够的纯度,但也必须充分压缩(在高压下,通常为70 MPa),这使得氢气循环中不可避免存在净化和压缩步骤.如本文第一部分"电化学氢压缩和净化与竞争技术的对比--第一部分:优缺点"所示,电化学氢压缩机(EHCs)能够实现氢净化和压缩,具有比它们相应的机械设备更多的理论(热力学)和实际(动力学)的优越性.然而,为了具有竞争力, EHCs必须在非常密集的条件下运行(高电流密度和低电池电压),只有在其核心材料(如膜和电极/电催化剂)经过优化后才能达到.本文将特别关注电催化剂在EHCs中必须表现出的特性:在杂质存在的情况下它们应促进(非常)快速的氢氧化反应(HOR),这意味着它们对毒物也具有(非常)耐受性.这包括操作氢气净化压缩所用的EHC阳极的先决条件,而大量低温燃料电池文献中为耐受毒性而开发的材料可能并不总是满足这两个标准,正如本综述所阐述的. 展开更多
关键词 化学氢压缩 化学氢纯化 催化剂 氢氧化 毒物耐受性
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钯铂核壳纳米催化剂颗粒中的原子扩散 认领
8
作者 张焰峰 朱尚乾 +2 位作者 张莉莉 苏东 邵敏华 《催化学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期807-812,共6页
铂原子单层的核壳结构催化剂因其高效的铂原子利用率和优异铂质量活性而广泛应用于燃料电池领域.在该系列材料中,钯@铂核壳催化剂具有更优于纯铂的氧还原(ORR)催化活性,因而拥有较好的应用前景.但由于钯原子在热力学上更倾向于富集到材... 铂原子单层的核壳结构催化剂因其高效的铂原子利用率和优异铂质量活性而广泛应用于燃料电池领域.在该系列材料中,钯@铂核壳催化剂具有更优于纯铂的氧还原(ORR)催化活性,因而拥有较好的应用前景.但由于钯原子在热力学上更倾向于富集到材料表面,钯@铂核壳催化剂的催化稳定性及原子扩散的途径需要更深入的研究.本文探究了热处理条件对钯@铂核壳结构稳定性的破坏,并确定了原子扩散对催化活性的影响.原位扫描透射电子显微镜-电子能量损失谱(STEM-EELS)证明了在250 oC的氩气氛围中,钯@铂纳米颗粒中原本清晰可见的1–2原子铂壳层已经消失,并伴随着颗粒表面钯铂合金化的形成.因钯金属可以吸收氢气而导致晶格间距的展宽,钯@铂核壳结构的破坏也可以通过氢气氛围中的原位X射线衍射谱中(111)衍射峰的展宽和位移进行判断.对钯@铂核壳纳米催化剂进行一系列温度的热处理结果显示,核壳结构的破坏在200 oC左右开始,并于200–300 oC之间急剧发生.一氧化碳电化学氧化脱附实验表明,热处理之后的核壳催化剂表面的一氧化碳氧化峰位置发生了明显的正移,也证明了热处理之后催化剂表面电子结构的变化.核壳结构改变对催化活性的影响也通过旋转圆盘电极进行了测量.相比于未经处理的样品, 200 oC处理之后的钯@铂核壳催化剂在0.9 V电位处的质量活性损失了约37%.进一步提高热处理温度至300 oC之后,钯@铂核壳催化剂的质量活性只有初始状态的44%.本文揭示核壳结构中因热处理而导致的原子扩散现象,并为燃料电池中核壳催化剂的应用及膜电极的制备工艺条件提供了参考. 展开更多
关键词 核壳催化(单层)剂 质子交换膜燃料 稳定性 原子扩散 催化剂
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Fe3C纳米颗粒负载的3D介孔N-掺杂碳作为酸性氧还原催化剂 认领
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作者 翁苗苗 何兴权 《长春理工大学学报:自然科学版》 2020年第1期120-126,共7页
高性能的非贵金属氧还原反应(ORR)电催化剂被广泛认为是在燃料电池中最有可能取代贵金属铂基催化剂的候选者。在此,利用聚苯胺和铁(Ⅲ)修饰的介孔石墨化氮化碳(g-C3N4)作为前驱体,合成了一种新型的碳化铁(Fe3C)负载的多孔氮掺杂碳材料,... 高性能的非贵金属氧还原反应(ORR)电催化剂被广泛认为是在燃料电池中最有可能取代贵金属铂基催化剂的候选者。在此,利用聚苯胺和铁(Ⅲ)修饰的介孔石墨化氮化碳(g-C3N4)作为前驱体,合成了一种新型的碳化铁(Fe3C)负载的多孔氮掺杂碳材料,命名为Fe3C/NC-800(其中800代表热解温度)。该催化剂在酸性介质中对ORR展示了优异的催化活性,与Pt/C比较,具有更正的起始电位。这种新型的非贵金属基碳材料可能成为贵金属ORR电催化剂的可行替代品。 展开更多
关键词 燃料 催化剂 氧还原反应 非贵金属基碳材料
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杂化沸石咪唑框架材料HZIF热解硫化法衍生复合硫化钴/钼析氧反应电催化剂 认领
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作者 李喜明 黄文欢 杨秀芳 《陕西科技大学学报》 CAS 2020年第4期74-80,共7页
目前,作为新型电催化析氧反应(OER)的催化材料过渡金属及其衍生的硫化物(TMSs)正在兴起.本文选取乙酸钴、2-甲基咪唑与钼酸作为原料,采用溶剂热法成功地合成了一例具有双金属钴、钼的杂化沸石型咪唑骨架HZIF-1-CoMo,再通过对杂化沸石咪... 目前,作为新型电催化析氧反应(OER)的催化材料过渡金属及其衍生的硫化物(TMSs)正在兴起.本文选取乙酸钴、2-甲基咪唑与钼酸作为原料,采用溶剂热法成功地合成了一例具有双金属钴、钼的杂化沸石型咪唑骨架HZIF-1-CoMo,再通过对杂化沸石咪唑骨架HZIF-1-CoMo进行碳化、硫化一系列后处理,得到了衍生物CoS/MoS2-CN电催化剂.采用系列表征和析氧反应(OER)测试,发现这例电催化材料在碱性介质中具有良好的OER性能,在电流密度为10 mA cm-2时的过电位仅为285 mV(RHE),塔菲尔斜率为64 mV dec-1,且在测试12 h以后仍然保持稳定的性质.进一步对CoS/MoS2-CN电催化剂进行表征分析可知,CoS/MoS2-CN的优异性能归因于杂原子S的引入而形成的CoS和MoS2,且CoS和MoS2之间具有协同效应和强相互作用. 展开更多
关键词 杂化沸石咪唑框架(HZIFs) 催化剂 析氧反应(OER)
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硼掺杂石墨烯耦合双金属氧化物作为高效氧气析出电催化剂 认领
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作者 姜媛媛 董凯 +4 位作者 逯一中 刘佳玮 陈博 宋忠乾 牛利 《中国科学:材料科学(英文版)》 SCIE EI CSCD 2020年第7期1247-1256,共10页
开发高效价廉的氧气析出反应电催化剂对于制备多种可再生能量转化和存储器件至关重要.本文中,我们设计合成了一系列硼掺杂石墨烯负载的钴镍双金属氧化物,并研究了其氧气析出电催化性能.研究结果表明适当温度下退火后的Co-Ni-Ox/BG(Co/N... 开发高效价廉的氧气析出反应电催化剂对于制备多种可再生能量转化和存储器件至关重要.本文中,我们设计合成了一系列硼掺杂石墨烯负载的钴镍双金属氧化物,并研究了其氧气析出电催化性能.研究结果表明适当温度下退火后的Co-Ni-Ox/BG(Co/Ni比为1:1)在碱性条件下表现出非常高的氧气析出电催化性能.在电流密度为10 mA cm-2时,该电催化剂对氧气析出反应的过电位仅为310 mV,优于绝大多数已报道的基于单金属氧化物的催化剂,甚至可与商业RuO2电催化剂的性能相媲美.该双金属氧化物复合材料中,电荷分布的微调控及协同耦合效应都对该材料的电催化性能起到了促进作用.另外,本文还提出了几种可有效提高氧化物材料氧气析出电催化活性的方法. 展开更多
关键词 氧化物材料 催化剂 双金属氧化物 催化性能 存储器件 荷分布 促进作用
利用MOF-253衍生氮掺杂碳限域效应促进Pt纳米单晶电催化剂的氧析出反应 认领
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作者 Hellen Gabriela Rivera Monestel Ibrahim Saana Amiinu +3 位作者 Andrés Alvarado González 蒲宗华 BibiMaryam Mousavi 木士春 《催化学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期839-846,共8页
目前,为了有效解决电化学能量转化反应动力学过程缓慢和商业化应用等问题,需要大力提高催化剂的电催化活性和稳定性,并大幅降低贵金属催化剂的用量.通常,铂(Pt)基催化剂对燃料电池的氧还原反应(ORR)和水电解过程的氢析出反应(HER)表现... 目前,为了有效解决电化学能量转化反应动力学过程缓慢和商业化应用等问题,需要大力提高催化剂的电催化活性和稳定性,并大幅降低贵金属催化剂的用量.通常,铂(Pt)基催化剂对燃料电池的氧还原反应(ORR)和水电解过程的氢析出反应(HER)表现出很高的活性.然而,对于高效的金属-空气电池和水电解装置,其中的氧析出反应(OER)则需要高活性的非Pt电催化剂来降低电化学过电位及提高其对高电位的耐受性.虽然相较于Pt催化剂,IrO2和RuO2等贵金属催化剂表现出了更高的OER活性,然而,它们的稳定性差,难以满足实际应用需求,严重阻碍了其在金属-空气电池和水电解中的应用.通常,Pt对OER的低效催化主要归因于在OER电催化过程中Pt与电解液直接接触,导致Pt表面快速被氧化,形成Pt氧化物(Pt^+4O2和Pt^+2O)层.形成的Pt氧化物对OER不起催化作用,从而降低了Pt的利用率和总的水电解效率.为了避免Pt表面的快速氧化,实现高的OER性能,我们将Pt金属纳米粒子有效地限域在超薄功能多孔碳层内.前期,已有大量的有关金属基ORR和HER催化剂研究证明,这种策略对于稳定金属纳米颗粒非常有效,可有效避免金属催化剂的快速氧化,而且还可抑制金属颗粒迁移和团聚;此外,还有利于增强催化剂的导电性和离子物种的扩散能力,从而提高催化剂的电催化性能.然而,要达到提高金属催化剂OER电催化性能的目的,还需要设计一种具有优良结构的功能化异质原子掺杂多孔碳基限域材料.金属有机框架(MOF),特别是MOF-253,由于具有较高的柔韧性、丰富的孔、可控的几何结构和高比表面积,被认为是制备功能多孔碳基限域材料的理想前驱体.为此,通过结合功能多孔碳基材料的限域作用及MOF-253和超细Pt纳米单晶的优势,本文合成了MOF-253衍生氮掺杂碳(N/C)限域的Pt纳米单晶(Pt@N/C)核壳型电催化剂.制备的Pt-N-C框架不仅 展开更多
关键词 Pt MOF-253 碳限域 氧析出反应 催化剂
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基于氮掺杂碳载铁复合物的锌空电池氧阴极催化剂 认领
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作者 陈凯 次素琴 +5 位作者 许秋华 蔡平伟 李美珍 向利娟 胡茜 温珍海 《催化学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期858-867,共10页
迫在眉睫的环境和能源问题推动人类探索可行、可靠和可再生的能源技术.锌-空气电池和氢氧燃料电池等器件显示出高能量转换效率,但是仍有许多难题有待克服,例如阴极侧上缓慢的氧还原反应(ORR),以及高昂的成本极大地限制了铂基催化剂在商... 迫在眉睫的环境和能源问题推动人类探索可行、可靠和可再生的能源技术.锌-空气电池和氢氧燃料电池等器件显示出高能量转换效率,但是仍有许多难题有待克服,例如阴极侧上缓慢的氧还原反应(ORR),以及高昂的成本极大地限制了铂基催化剂在商业上的广泛应用.因此,开发高性能的廉价ORR催化剂具有重要意义.过渡金属碳氮化合物(M-N-C, M=Co, Fe等)成为最有希望替代铂基催化剂的一类材料, M-N-C催化剂可以通过直接热解含有过渡金属、氮和碳物种的前驱体合成.然而热解时金属原子易团聚,多孔结构不能被有效地控制,导致相对较差的催化活性.目前, MOF衍生的催化剂在能源转化和储存技术中得到了广泛的关注,其具有丰富的氮含量、高比表面积和可调的孔道结构等特点.本文报道了一种简便可靠可控的合成铁氮共掺杂碳十二面体纳米结构催化剂的方法,并作为阴极电催化剂用于锌空气电池中,测试结果证实,合成的铁氮共掺杂的纳米碳具有与铂基材料相当的活性和更加优异的稳定性.表面吸附了的邻菲罗啉铁的ZIF-8在碳化过程中,氮基团能够结合铁形成Fe Nx结构单元,因此可得到铁氮共掺杂的电催化剂.粉末X射线衍射,扫描电镜证实ZIF-8的成功合成.经过热解得到的催化剂中Fe Nx或Fe Cx衍射峰较弱,表明样品中铁含量较低,存在部分无定型铁.通过拉曼光谱分析发现,引入的邻菲罗啉在热解过程中诱导了缺陷的形成,所以Fe-NCDNA-0的ID/IG比值明显高于NC.同时ID/IG随着铁含量的增加而减少,这是因为铁可以诱导石墨化,诱导效应随着铁含量的增加而增加.分析氮气吸附-脱附等温线得出,引入邻菲罗啉之后,比表面积增加;而铁的引入因其占据了微孔结构,导致比表面积下降.同时电镜证实Fe-NCDNA-2具有较大的形貌扭曲,使得该材料具有较大的比表面积.系统的电化学研究表明,氮掺杂有� 展开更多
关键词 氧还原反应 催化剂 Fe-N-C活性位点 碱性/中性介质 锌空气
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煤基活性炭制备及其电催化应用研究进展 认领
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作者 蔡春蕾 耿晶 +1 位作者 许心雨 张慧娟 《有色金属材料与工程》 CAS 2020年第3期48-54,共7页
煤炭是世界上储量最为丰富的化石燃料之一,是制造多孔碳、纳米碳、碳质复合材料和石墨烯的主要原料。燃料电池是一种通过化学反应将化学燃料直接转化为电能的装置,它不受卡诺循环限制,具有高效率、高功率密度和环境友好等特点,有着巨大... 煤炭是世界上储量最为丰富的化石燃料之一,是制造多孔碳、纳米碳、碳质复合材料和石墨烯的主要原料。燃料电池是一种通过化学反应将化学燃料直接转化为电能的装置,它不受卡诺循环限制,具有高效率、高功率密度和环境友好等特点,有着巨大的应用前景。但其阴极氧还原反应(cathodic oxygen reduction reaction,ORR)动力学非常缓慢,需要在催化剂的作用下加速其反应。现有的催化剂主要是贵金属Pt,但Pt资源储量少、成本高、稳定性差,限制了燃料电池的商业化应用。近年来的研究表明,碳基材料是最有希望替代Pt的催化剂材料。基于此,对近年来煤基多孔碳的制备方法进行了综述,并在此基础上阐述了以煤基活性炭为基体的燃料电池用氧还原电催化剂的研究进展。 展开更多
关键词 燃料 催化剂 煤基活性炭 制备方法 氧还原反应
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锌-空气电池阴极纳米Co3O4@rGO催化剂研究 认领
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作者 赵良凤 刘淑芝 崔宝臣 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第1期52-54,98共4页
采用水热法在阴极集流体泡沫镍上负载Co3O4@rGO电催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能量散射光谱(EDS)进行表征。结果表明,在负载还原石墨烯(rGO)的泡沫镍集流体上主要生长了较均匀的Co3O4纳米线阵列和少量Co3O4纳米花... 采用水热法在阴极集流体泡沫镍上负载Co3O4@rGO电催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和能量散射光谱(EDS)进行表征。结果表明,在负载还原石墨烯(rGO)的泡沫镍集流体上主要生长了较均匀的Co3O4纳米线阵列和少量Co3O4纳米花和Co3O4纳米片,该Co3O4@rGO纳米复合材料表现出优异的氧还原和氧析出反应(ORR/OER)双功能催化活性。在室温空气环境下,电池连续稳定循环运行232 h,总计600次循环,大多数循环的库仑效率在82%~85%之间,放电电压平台在1.65 V左右,具有良好的放电倍率性能。 展开更多
关键词 锌-空气 空气阴极 CO3O4 催化剂 OER/ORR
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过渡金属碳氮化合物(MXenes)在能量储存装置的研究进展 认领
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作者 郑瑞鑫 舒朝著 龙剑平 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期1-9,共9页
层状过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes)凭借其特有的结构和性能成为了新型储能装置电极催化剂的重要候选材料。MXenes的表达式一般为Mn+1 Xn Tx,其中“M”代表早期的过渡金属元素,“x”表示C、N或CN,而“Tx”为“-OH”、“-F”等基团,... 层状过渡金属碳化物和/或氮化物(MXenes)凭借其特有的结构和性能成为了新型储能装置电极催化剂的重要候选材料。MXenes的表达式一般为Mn+1 Xn Tx,其中“M”代表早期的过渡金属元素,“x”表示C、N或CN,而“Tx”为“-OH”、“-F”等基团,n的值一般为1,2或3。MXenes具有比表面积高、离子电导率大、亲水性好等优良特性,有利于其在离子电池、超级电容器等储能装置中应用推广。本文综述了近几年MXenes在能源储存装置中的应用及研究现状,归纳总结了MXenes的结构及能量储存机制,指出了目前研究过程中存在的短板,并对其发展方向进行展望。 展开更多
关键词 二维材料 MXenes 综述 储能装置 催化剂 超级容器
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电化学合成氨研究进展 认领
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作者 刘畅 刘先军 +2 位作者 刘淑芝 于忠军 崔宝臣 《当代化工》 CAS 2020年第3期655-659,共5页
氨是生产化肥的原料,在人类的生产和生活中发挥着重要作用。工业合成氨在高温高压的苛刻条件下进行,造成了严重的能耗和污染。考虑到人类社会的可持续发展,开发生态友好型和能源依赖性较低的方法作为合成氨替代工艺迫在眉睫。电化学合... 氨是生产化肥的原料,在人类的生产和生活中发挥着重要作用。工业合成氨在高温高压的苛刻条件下进行,造成了严重的能耗和污染。考虑到人类社会的可持续发展,开发生态友好型和能源依赖性较低的方法作为合成氨替代工艺迫在眉睫。电化学合成氨打破传统合成氨的热力学限制,能够实现由水和氮气直接常压合成氨,具有广阔的发展前景。根据电化学合成氨的工作温度范围分类,从高中低温电化学合成氨三方面综述了电化学合成氨领域的研究进展及现有技术存在的挑战,以期对电化学合成氨催化剂设计提供有益的参考。 展开更多
关键词 化学 合成氨 催化剂 解质
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用于酸性水氧化的电催化剂的最新研究进展 认领
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作者 刘培芳 韩会丽 +1 位作者 张宗文 王玲玲 《江西化工》 2020年第5期44-46,共3页
氢气是一种可再生的清洁能源,可为未来的运输和其他应用提供动力。利用风能和太阳能等可再生资源电解水是生产氢的有效选择。迄今为止,人们已经致力于开发用于电解水技术的电催化剂和膜。与碱性介质相比,在酸性介质中进行水电解具有多... 氢气是一种可再生的清洁能源,可为未来的运输和其他应用提供动力。利用风能和太阳能等可再生资源电解水是生产氢的有效选择。迄今为止,人们已经致力于开发用于电解水技术的电催化剂和膜。与碱性介质相比,在酸性介质中进行水电解具有多个优势,良好的反应动力学产品,易于分离和操作难度较低。然而,酸性水电解对催化剂,特别是对氧化还原反应的催化剂提出了更高的要求。开发高活性、耐用、成本低廉的催化剂来替代用于酸性水氧化的贵金属催化剂是一个巨大的挑战。本文概述了酸性水氧化用电催化剂的设计和合成的最新进展,重点介绍了实现高电催化活性同时又以低成本保持优异耐久性的新策略。对反应途径和中间体进行了详细讨论,以便更深入地了解析氧反应机理,这对于合理设计更有效的电催化剂至关重要。 展开更多
关键词 解水 催化剂 氧还原 氢气
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基于大豆的Fe-N掺杂的介孔碳:一种高效低成本的非贵金属氧还原反应电催化剂 认领
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作者 伍秋美 邓大款 +3 位作者 何轶伦 周忠诚 桑商斌 周智华 《中南大学学报:英文版》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期344-355,共12页
氧还原反应(ORR)在许多储能和能量转换装置中起着至关重要的作用。目前,在碱性介质中开发廉价、高性能的碳基非贵金属ORR催化剂仍受到广泛关注。本文以生物质大豆为氮源和碳源,SiO2为模板剂合成了介孔Fe-N/C催化剂。模板剂SiO2可同时对F... 氧还原反应(ORR)在许多储能和能量转换装置中起着至关重要的作用。目前,在碱性介质中开发廉价、高性能的碳基非贵金属ORR催化剂仍受到广泛关注。本文以生物质大豆为氮源和碳源,SiO2为模板剂合成了介孔Fe-N/C催化剂。模板剂SiO2可同时对Fe-N/C催化剂的表面功能和多孔结构进行优化。研究表明,SiO2与大豆质量比为3:4时制备的Fe-N/C3催化剂具有优异的电催化性能、长期稳定性和甲醇耐受性,其ORR的起始电位和半波电位相对于可逆氢电极(RHE)分别约为0.890 V和0.783 V。同时,可以观察到ORR在催化剂表面是四-电子转移路径。结果表明,高BET比表面积和合适的孔径以及较高的吡啶氮和总氮含量对提高Fe-N/C3催化剂的ORR性能具有重要作用。这些结果表明,开发基于经济和可持续的生物质材料大豆的廉价且高效的非贵金属ORR电化学催化剂具有较大的可行性。 展开更多
关键词 生物质 氧还原反应 催化剂 氮掺杂碳
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层状钙钛矿EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ纤维的合成及其电催化水分解性能 认领
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作者 王一茗 王秀 +1 位作者 王敬平 夏天 《黑龙江大学自然科学学报》 CAS 2020年第4期452-458,共7页
高活性、可耐受的电化学催化剂对于可持续能源的发展具有非常重要的作用,特别是电化学全解水反应。采用静电纺丝法合成了层状钙钛矿EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ纤维(EBSCF0.4-F),并在碱性介质中对其电催化析氧反应(OER)和析氢反应(HER... 高活性、可耐受的电化学催化剂对于可持续能源的发展具有非常重要的作用,特别是电化学全解水反应。采用静电纺丝法合成了层状钙钛矿EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ纤维(EBSCF0.4-F),并在碱性介质中对其电催化析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的性能进行了研究。相比较甘氨酸-硝酸盐路线制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ(EBSCF0.4)催化剂,EBSCF0.4-F的OER和HER活性显著提高。当电流密度达到10 mA·cm-2时,催化OER和HER的过电位分别为370和349 mV。以EBSCF0.4-F作为双功能电极所组装的EBSCF0.4-F‖EBSCF0.4-F电解池,在10 mA·cm-2时的分解电压为1.60 V,同时可稳定运行长达22 h。研究结果表明,该材料具有优异的电化学全解水性能,其提升的催化活性可能来源于多孔纤维结构以及较高的比表面积。 展开更多
关键词 催化剂 钙钛矿 水分解反应 多孔纤维结构
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