一步热解核黄素制备高性能氧还原反应电催化剂

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Co-Fe-Pd纳米粒子的可控制备及其氧还原催化性能

Co-Fe-Pd纳米粒子的可控制备及其氧还原催化性能

Co-Fe-Pd纳米粒子的可控制备及其氧还原催化性能WANG Channa;LIU Ling;WANG Huihua;QU Tianpeng;TIAN Jun;WANG Deyong;KANG Zhenhui【摘要】以Co(COOH)2、FeCl3和PdCl2为原料,柠檬酸为稳定剂,乙醇为加速剂,采用超声辅助制备Co-Fe-Pd金属纳米粒子,并评估其氧还原反应(ORR)电催化性能.研究结果表明,Co-Fe-Pd金属纳米粒子平均粒径约3~5 nm,由于Co、Fe固溶于Pd晶格,使Co-Pd、Fe-Pd和Co-Fe-Pd纳米粒子仅显示Pd衍射峰,且伴有不同程度的宽化;相比于Co-Fe、Fe-Pd或Co-Pd纳米粒子,三元Co-Fe-Pd晶格压缩更为明显,晶格缺陷诱使的活性位点增加,氧还原催化能力增强;其氧还原起峰电位为1.03 V(vs RHE),Tafel斜率为-87 mV/dec,可与商用Pt/C催化剂相媲美;氧还原过程中电子转移数为3.80±0.04,说明其主导四电子转移路径;此外,RRDE结果显示氧还原过程中的中间产物H2O2含量约10%.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2019(070)001【总页数】8页(P319-326)【关键词】纳米粒子;催化剂;辐射;电化学;转移电子数【作者】WANG Channa;LIU Ling;WANG Huihua;QU Tianpeng;TIANJun;WANG Deyong;KANG Zhenhui【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TM911引言随着煤、石油、天然气等不可再生能源的日益枯竭,能源危机与经济快速发展之间的矛盾日益加剧,寻找可持续的高效能源成为未来社会发展的重要任务之一。

金属-空气电池以活泼金属(锂、镁、铝、锌等)为负极,空气(氧气)为正极,通过金属被氧化、空气(氧气)被还原的电极反应,将化学能转变成电能,具有原材料丰富、无毒、无污染、比能量密度高、轻便等优点,是一种极具应用前景的高效能源[1-3]。

电催化co2还原催化剂

电催化co2还原催化剂

电催化co2还原催化剂
电催化CO2还原催化剂
近年来,在环境保护和可再生能源领域,CO2催化转化被视为一种极具潜力的技术。

其中,电催化CO2还原催化剂是一种利用电催化作用将CO2还原为有用化学品的高效催化剂。

这种技术是一种以CO2为原料,通过电催化还原成高能量有机化合物的方法,有望成为可持续发展的环保途径之一。

电催化CO2还原催化剂的制备方法非常多,包括溅射、蒸镀、氧化法和溶胶凝胶法等。

其中,溶胶凝胶法制备的电催化CO2还原催化剂具有高的比表面积和良好的结构稳定性,因此被广泛应用于该领域。

同时,电催化CO2还原催化剂的组成也非常重要,通常包括催化剂、电极和电解质三部分。

其中,催化剂是实现CO2还原的关键因素,通常选择金属催化剂,如银(Ag)、铜(Cu)、镍(Ni)等。

相比较而言,银催化剂具有较高的电选择性和产物分布度。

此外,在电催化CO2还原过程中,电子传输路径和催化剂的表面反应活性也是影响CO2还原效率的重要因素。

因此,改善电催化CO2还原催化剂电子传输的路径和催化剂表面反应活性,可以提高CO2还原
效率。

最后,电催化CO2还原催化剂虽然具有良好的可持续性和环保性,但在工业化应用中,其制备方法和成本等问题仍需进一步解决。

因此,探索高效、低成本的制备方法,进一步提高电催化CO2还原催化剂的性能,将是未来该领域的重点研究方向。

综上所述,电催化CO2还原催化剂是一种可持续、环保的技术,其制备方法和成分均需要进一步研究和探索,以满足工业化应用的需求。

核黄素的制备与应用研究

核黄素的制备与应用研究

核黄素的制备与应用研究
吴佳新
【期刊名称】《生物技术世界》
【年(卷),期】2015(000)004
【摘要】核黄素是一种水溶性的微生素,主要以黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的形式,参与机体的氧化还原反应,与机体的能量代谢密切相关.核黄素的制备方法有提取法、化学合成法、半发酵半合成法、微生物发酵法,目前微生物发酵法为主要的商业化生产方法.核黄素产品广泛应用于医药、食品添加剂、饲料添加剂行业, 具有较高的应用价值.
【总页数】2页(P8-8,10)
【作者】吴佳新
【作者单位】黄冈职业技术学院,湖北黄冈438002
【正文语种】中文
【中图分类】Q52
【相关文献】
1.利用核黄素粗品制备核黄素5'-磷酸钠
2.一步热解核黄素制备高性能氧还原反应电催化剂
3.半合成法制备核黄素中偶合物含量测定方法的改进
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一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能

一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能

一步法制备还原态氧化石墨烯载铂纳米粒子及其对甲醇氧化的电催化性能高海丽;李小龙;贺威;国瑞婷;柴博【摘要】以天然石墨为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨.然后采用简单的一步化学还原法在乙二醇(EG)中同时还原氧化石墨烯(GO)和H2PtCl6制备高分散的铂/还原态氧化石墨烯(Pt/RGO)催化剂.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对催化剂的微结构、组成和形貌进行表征.结果表明,GO已被还原成RGO,Pt纳米粒子均匀分散在RGO表面,粒径约为2.3 nm.采用循环伏安法和计时电流法评价催化剂对甲醇氧化的电催化性能,测试结果表明,Pt/RGO催化剂对甲醇氧化的电催化活性和稳定性与Pt/C和Pt/CNT相比有了很大提高.另外其对甲醇电催化氧化的循环伏安图中正扫峰电流密度(^)和反扫峰电流密度(Ⅰb)的比值高达1.3,分别是Pt/C和Pt/CNT催化剂的2.2和1.9倍,表明Pt/RGO催化剂具有高的抗甲醇氧化中间体COad的中毒能力.【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2015(031)011【总页数】7页(P2117-2123)【关键词】Pt纳米粒子;石墨烯;化学还原;甲醇氧化;抗中毒能力【作者】高海丽;李小龙;贺威;国瑞婷;柴博【作者单位】郑州轻工业学院材料与化学工程学院,郑州450001;郑州轻工业学院,河南省表界面科学重点实验室,郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,郑州450001;郑州轻工业学院材料与化学工程学院,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】O646直接甲醇燃料电池(DMFCs)以其高能量密度、低操作温度、燃料易于储存和运输及对环境无污染等优点,1引起了人们的广泛关注. DMFCs通常使用贵金属Pt作为阳极催化剂, 然而Pt的资源有限及价格高昂, 极大地限制了DMFCs的大规模商业化.另外, 虽然金属Pt对甲醇的直接氧化具有很高的活性, 但是Pt容易被甲醇氧化中间体COad毒化, 极大降低电池性能.2所以, 研制高活性的甲醇氧化催化剂对DMFCs的商业化应用有重要意义.目前, 提高催化剂对甲醇氧化的电催化性能及降低催化剂成本的研究主要集中在三个方面: (1) 改进制备方法合成小粒径、高分散的Pt及Pt基金属纳米颗粒,3,4提高贵金属利用率; (2) 制备特殊形貌(空心结构、核壳结构、多孔结构、纳米线等)的Pt 基催化剂,5–8以降低贵金属负载量, 从而降低成本; (3)研究Pt基合金(PtRu, PtCo, PtPdAu, PtNi等)纳米催化剂,9–11以提高催化剂对甲醇氧化中间体COad的抗中毒能力; (4) 选用高比表面积、高导电性和高稳定性的载体.12–14其中, 选择及开发性能优良的载体材料是科研工作者研究的热点之一, 因为载体材料对于贵金属催化剂的粒径、形貌、尺寸分布、稳定性和分散性有重要影响, 从而影响燃料电池中催化剂的性能, 如物质传递、催化剂层导电性、电化学活性表面积和电池工作时金属颗粒的稳定性.15众所周知, 理想的载体材料应当具有高比表面积、合适的孔隙率、一定的形貌、高导电性、优良的抗腐蚀性及表面有官能团. 由于成本低和来源丰富, 炭黑成为低温燃料电池催化剂常用的载体材料. 其中, 美国卡博特公司的Vulcan XC-72炭黑(Cabot Corporation, America)因其高导电性和高比表面积成为低温燃料电池催化剂广泛使用的载体材料.16但是, Vulcan XC-72炭黑含有许多孔径小于1 nm的微孔不能充分利用, 使Pt纳米颗粒可沉积的表面积减小.17为解决这个问题, 在过去几十年里带有介孔结构(2–50 nm)的碳材料: 如碳纳米管(CNT)18和碳纳米纤维(CNFs)19被用来作为燃料电池催化剂载体, 但是其较高的成本在一定程度上增加了用其做载体的催化剂的成本. 相比CNTs和CNFs, 另一种新型的碳材料——石墨烯具有更大的比表面积(理论比表面积高达2620 m2g–1)、更高的电子导电性、良好的化学稳定性、易于官能化和潜在的较低成本,20成为低温燃料电池催化剂的潜在理想载体.迄今为止, 科学家做了许多工作来制备石墨烯做载体的催化剂,21–23研究表明以石墨烯做载体的催化剂对甲醇氧化的催化性能高于以其它碳材料做载体的催化剂性能. 目前, 制备石墨烯载Pt催化剂最常用的方法是两步还原法,24,25即先把氧化石墨烯(GO)还原成石墨烯, 然后在石墨烯上还原沉积Pt纳米粒子. 这种方法步骤繁多、制备时间长且有机溶剂和还原剂使用较多. 更为重要的是, 第一步中氧化石墨烯还原成石墨烯后由于范德华力作用很容易发生堆积, 发生堆积后的石墨烯难以在水溶液和有机溶剂中分散均匀, 导致第二步在其上还原沉积Pt时不能保证Pt纳米颗粒的分散均匀性, 从而影响催化剂的性能.本文以GO和H2PtCl6为原料, 用乙二醇(EG)做溶剂和还原剂, 柠檬酸钠做络合剂, 同时还原GO和H2PtCl6制备小粒径、高分散的还原态氧化石墨烯(RGO)载铂催化剂, 并测试了其对甲醇氧化的电催化性能. 该制备方法较简单, 一方面GO表面的含氧官能团可以使GO纳米片均匀分散在EG溶液中, 并且把Pt纳米颗粒固定在GO表面上, 有利于其高分散性; 另一方面, 在还原过程中, GO被还原成RGO, 而H2PtCl6被还原成Pt纳米粒子进入RGO纳米片的片层中, 可有效防止石墨烯的堆积. 以上两方面作用, 可以得到高分散、高活性的Pt/RGO催化剂. 循环伏安和计时电流测试结果证明了Pt/RGO对甲醇氧化的高催化活性、对甲醇氧化中间体良好的抗中毒能力及优良的稳定性.2.1 实验试剂实验所用试剂: 乙二醇(天津市风船化学试剂科技有限公司); 无水甲醇(南京化学试剂有限公司); KOH(天津市科密欧化学试剂有限公司); 柠檬酸钠(天津市风船化学试剂科技有限公司); H2PtCl6(沈阳市金科试剂厂); 浓H2SO4(洛阳市化学试剂厂); NaNO3(天津市风船化学试剂科技有限公司); H2O2(天津市科密欧化学试剂有限公司); KMnO4(天津市北辰化学试剂有限公司); Nafion溶液(上海格式新能源技术有限公司). 所用试剂均为分析纯. 石墨粉购自青岛恒胜石墨有限公司, 纯度99.9%. Vulcan XC-72 碳粉购自美国卡博特公司.2.2 催化剂的制备2.2.1 氧化石墨的制备采用改进的Hummers法制备氧化石墨, 其制备方法如下: 0.5 g石墨粉和0.5 g的NaNO3加入30mL浓硫酸, 温度稳定在0 °C左右, 向其中加入高锰酸钾, 在(35 ± 5) °C反应2 h, 然后缓慢加入40 mL水,在(90 ± 5) °C反应1 h, 接着向溶液中加入100 mL水和3 mL H2O2, 此时溶液变为亮黄色. 对溶液进行反复离心, 直到溶液中无为止, 离心结束后进行抽滤、洗涤、干燥, 得到氧化石墨样品.2.2.2 Pt/RGO催化剂的制备将适量柠檬酸钠溶于乙二醇中, 接着加入200mg氧化石墨使之超声分散均匀得到GO溶液, 然后向溶液中加入0.0386 molL–1的氯铂酸/EG溶液6.7 mL, 超声处理30 min, 使铂的前驱体均匀分散在溶液中. 然后用5% KOH/EG溶液调节pH > 10, 放入油浴中于120 °C反应6 h, 洗涤、过滤, 直到溶液中检测不到氯离子. 将得到的滤饼于烘箱中70 °C烘干,得到Pt/RGO催化剂. 为了对比, 分别用C和CNT为载体采用同样方法制备了Pt/C和Pt/CNT催化剂. 其中Pt的负载量均为20%. RGO 的制备方法与Pt/RGO相同, 只是在反应过程中没有加氯铂酸.2.3 催化剂的表征傅里叶变换红外(FTIR)光谱测试在德国Bruker TENSOR 27红外光谱仪上进行, 波数范围为4000–500 cm–1. 用日本理学D/MAX-RC型X射线衍射(XRD)进行仪物相分析, Cu-Kα(λ = 0.15406 nm)辐射, 电流为30 mA, 管电压为40 kV, 扫描速率为2(°)min–1, 扫描范围2θ为5°–80°. 在日本JSM-7000型透射电镜上进行高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图分析, 加速电压为300 kV, 样品在无水乙醇中超声分散均匀, 然后负载到铜网样品架上制成样品.2.4 电催化性能测试催化剂的电化学性能测试在CHI 660C电化学工作站(上海辰华)上进行, 采用三电极体系, 辅助电极为铂丝, 参比电极为Ag/AgCl电极, 研究电极为涂有催化剂层的直径为4 mm的玻碳电极. 研究电极的制备方法为: 称取5 mg催化剂超声分散在1 mL 0.25%(w)Nafion/已醇溶液中, 然后取5 μL滴到玻碳电极表面, 常温干燥. 测试催化剂活性比表面积(ECSA)使用的电解液为0.5 moLL–1H2SO4溶液, 测试催化剂催化活性使用的电解质溶液为0.5 molL–1H2SO4+ 0.5 molL–1CH3OH混合溶液. 循环伏安曲线测量范围为–0.2―1.0 V, 扫描速率10 mVs–1, 每次测试前向电解液中通N215 min.为了得到催化剂的相组成和结构信息, 对催化剂进行了XRD测试. 图1(a)为石墨、GO和RGO的XRD图谱. 从图中可以看出石墨在2θ = 26°左右有一个明显的衍射峰, 此峰为石墨晶体(002)的特征衍射峰. 由布拉格公式可以计算出石墨晶体的(002)晶面的层间距d值为0.34 nm. GO在2θ = 26°附近的衍射峰消失, 而在2θ = 10°附近出现新的宽衍射峰, 对应的层间距d 值为0.82 nm 左右. GO的层间距比石墨的层间距增大, 是由于:26(1)在强氧化剂作用下,石墨片层间和边缘位置引入了C=O, C―OH,―COOH等大量含氧官能团, 这些官能团的接入引起碳原子结构层发生褶皱, 从而使层间距增加; (2)含氧官能团的存在使得GO具有极强的亲水性, 水分子插入层间, 从而导致碳原子结构层间距沿c轴方向增大. 这些官能团可以起到固定金属纳米颗粒的作用.27这说明石墨已被成功氧化成GO, GO表面含有官能团. GO经过EG还原后, 2θ = 10°附近的衍射峰消失, 在2θ = 24°和2θ = 43°出现宽衍射峰为C(002)和(100)特征峰, 表明GO已还原成RGO, 在还原过程中重新建立了sp2杂化石墨烯网络. 图1(b)为Pt/RGO的XRD图谱, 为便于比较, RGO、Pt/CNT和Pt/C的XRD图也放于其中. 很明显, Pt/RGO、Pt/CNT和Pt/C催化剂在39.7°、45.6°和67.4°左右分别出现了面心立方(fcc) Pt的(111)、(200)和(220)晶面, 表明H2PtCl6已被还原成Pt纳米粒子. Pt/RGO催化剂的XRD图中, GO在2θ = 10°的特征衍射峰消失,而在2θ = 24°出现了一个强度弱的宽衍射峰, 层间距为0.36 nm, 表明GO已被还原, 这与文献3报道的一致. 根据谢乐公式28可计算出Pt/RGO、Pt/CNT和Pt/C催化剂的平均粒径分别为2.3、2.4和2.6 nm.图2为石墨、GO和Pt/RGO的FTIR光谱. 石墨在500–4000 cm–1范围内没有出现明显的吸收峰, 而石墨经过氧化后生成的GO出现了明显的特征峰: 3405 cm–1处宽的强峰和1403 cm–1处的峰分别是由O―H的伸缩振动和弯曲振动引起, 在中频区的1727 cm–1位置附近出现的峰是氧化石墨边缘羧酸或羰基的C=O 伸缩振动吸收峰, 1621 cm–1处较尖锐的峰是吸附水分子的―OH振动吸收峰, 1380 cm–1位置的峰归属为―COOH 中CO的伸缩振动吸收峰, 1049 cm–1的吸收峰是由烷氧基的C―O伸缩振动引起.29GO的FTIR光谱证明了石墨已成功氧化成GO,与XRD结果相符. 这表明经过强氧化后, GO的表面含有丰富的含氧官能团. 对于一步还原法制备的Pt/RGO催化剂, 其FTIR光谱上含氧官能团在3405、1621、1403、1380和1049 cm–1处的吸收峰消失, 而在1703 cm–1处存在羰基的C=O 伸缩振动吸收峰,另外在1560 cm–1位置出现一个新的吸收峰, 它是由石墨烯的骨架振动引起.30以上结果说明, 催化剂中GO表面的含氧官能团已基本被脱除, GO已被有效还原, 这与XRD结果一致.催化剂的微观形貌用TEM进行观察, 其TEM和HRTEM图列于图3中. 从图3(a)可以看出采用改进的Hummers法制备的GO是褶皱的、透明、片状结构.Pt/RGO催化剂的低倍TEM图(图3(b)和图3(c))显示RGO表面粗糙, Pt纳米粒子均匀地分散在整个RGO的褶皱及边缘处, 这是由Pt纳米粒子和RGO载体间的强相互作用引起,31这种相互作用会影响Pt的电子结构, 从而影响催化剂的电催化性能.32图3(d)是Pt/RGO催化剂的HRTEM图, 其中插入的小图为单个Pt纳米粒子的放大图, 从中可以很明显看出Pt的晶格条纹, 晶面间距为0.22 nm, 这个值和面心立方(fcc)Pt的晶面间距一致. 从图3(i)的粒径分布图可以看出Pt粒子的平均粒径约2.3 nm, 与XRD图中由Pt(220)衍射峰根据谢乐公式计算出的粒径(2.3 nm)一致. 由此可见采用一步还原法制备了小粒径、高分散的RGO载Pt纳米催化剂, 而高分散性和小粒径有利于催化剂高的电催化性能. 图3(e)和3(f)是做对比用的Pt/C催化剂的TEM和HRTEM图,可以看出Pt纳米粒子均匀分散在碳表面, 平均粒径约为2.6 nm. 做对比用的Pt/CNT催化剂的TEM和HRTEM图见图3(g)和3(h), 可以看出Pt纳米粒子相对均匀分散在CNT表面, 从图3(k)的粒径分布图可以看出Pt粒子的平均粒径约为2.4 nm. 可见, 用EG做溶剂和还原剂采用简单的一步还原法同时还原GO和H2PtCl6可制备出高分散的Pt/RGO催化剂, 在反应过程中, GO被还原为RGO, 而Pt纳米粒子由于和RGO间强的相互作用均匀地分散在RGO的表面和边缘.在0.5 molL–1H2SO4溶液中进行了循环伏安测试以计算催化剂的电化学活性表面积, 图4是Pt/RGO, Pt/CNT和Pt/C催化剂的循环伏安图. 三个催化剂在–0.2―0.11 V出现的峰是氢的吸脱附峰,三个催化剂的氢吸脱附峰的大小顺序为Pt/RGO > Pt/CNT > Pt/C. 根据H的脱附峰面积采用下式可以计算出催化剂的电化学活性表面积:33式中QH(mCcm–2)为所测得的氢的脱附峰面积, QHref是单位表面积的Pt吸附的电荷量. 根据每平方厘米的Pt可吸附1.3 × 1015个氢原子计算得QHref= 0.21 mCcm–2, MPt是负载到电极表面催化剂的质量, 单位是mgcm–2. 计算出Pt/C, Pt/CNT和Pt/RGO催化剂的ECSA分别为73.2、164.0和240.0 m2g–1. 很明显, 三个催化剂中Pt/RGO具有最大的电化学活性表面积,其ECSA分别是Pt/C和Pt/CNT的3.3倍和1.5倍. Pt/RGO高的电化学活性表面积是由其较小的粒径和高度分散引起的. 一般认为, 催化剂的催化活性和它的电化学活性表面积有关, ECSA 值越大表明催化剂的活性越高. 因此可以推断Pt/RGO会对甲醇氧化有优良的催化性能, 并且具有高的贵金属利用效率.为了评价催化剂对甲醇氧化的电催化性能, 在 0.5 molL–1H2SO4+ 0.5 molL–1CH3OH溶液中进行了循环伏安测试, 扫描速率为10 mVs–1, 其结果列于图5中. Pt/RGO、Pt/CNT和Pt/C催化剂的循环伏安曲线在扫描范围内都出现了两个峰: 正扫时在0.6V左右出现的峰(If)是甲醇氧化峰, 反扫时在0.45 V左右出现的峰(Ib)是中间产物COad氧化峰. 可以看出, 循环伏安正扫峰电流密度的大小趋势是:Pt/RGO > Pt/CNT > Pt/C, 这个趋势和ECSA结果一致. Pt/RGO、Pt/CNT和Pt/C催化剂对甲醇氧化的峰电流密度分别为0.48、0.39和0.33 Amg–1. 很明显, Pt/RGO催化剂对甲醇氧化的峰电流密度最大, 分别是Pt/CNT和Pt/C催化剂的1.2和1.5倍. 另外, Pt/RGO催化剂对于甲醇电催化氧化的起始电位是0.25 V, 与Pt/CNT和Pt/C催化剂相比分别负移了10和30 mV. Pt/RGO对于甲醇氧化较高的峰电流密度和较低的起始电位, 表明催化剂对甲醇氧化较高的电催化活性.催化剂对甲醇氧化的循环伏安曲线的正扫和反扫峰电流密度的比值(If/Ib)常用来评价催化剂对甲醇氧化中间体COad的抗中毒能力: 比值越大越有利于去除催化剂表面的毒化产物, 催化剂的抗中毒能力越强.22Pt/RGO、Pt/CNT和Pt/C催化剂的If/Ib值分别为1.3, 0.7和0.6. Pt/RGO的If/Ib值分别为Pt/C和 Pt/CNT催化剂的2.2倍和1.9倍, 表明Pt/RGO对甲醇氧化中间体具有较高的抗中毒能力, 即COad毒化产物利于从催化剂表面氧化成CO2祛除, 释放出较多Pt活性位. FTIR 测试结果表明Pt/RGO催化剂的RGO表面上还含有少量含氧官能团, 这些含氧基团对于祛除Pt邻近位上的毒性中间产物COad有重要作用, 含氧基团的存在可以提高催化剂的抗中毒能力.12所以Pt/RGO对甲醇氧化中间体具有较高的抗中毒能力. 采用简单的一步还原法制备的Pt/RGO对甲醇氧化的电催化活性和抗中毒能力均高于文献报道的Pt/Gr30和Pt/RGO12催化剂.稳定性是评价催化剂对甲醇氧化电催化性能的另一个重要参数, 为了测试催化剂的稳定性, 我们对比了几种催化剂在0.5 molL–1CH3OH + 0.5 molL–1H2SO4溶液中电位恒定在0.6 V处的计时电流曲线, 其测试曲线见图6. 可以看到, 在测试初始阶段, 由于催化剂表面被毒化, 电流快速降低, 然后很快达到稳定. 在整个测试期间, Pt/RGO的电流密度始终高于Pt/C和Pt/CNT催化剂. Pt/RGO、Pt/CNT和Pt/C在1000 s时的稳态电流密度分别是0.27、0.16和0.15 Amg–1. Pt/RGO催化剂较高的稳态电流密度, 表明Pt/RGO催化剂的稳定性高于Pt/C和Pt/CNT. 计时电流和循环伏安测试结果证明Pt/RGO对甲醇氧化的高活性和高稳定性.采用简单的一步还原法在乙二醇体系中成功制备出Pt/RGO纳米催化剂. XRD、FTIR和TEM结果证明了GO被还原成RGO, Pt纳米粒子高度分散在石墨烯表面, 有效阻止了RGO片的堆积. Pt/RGO催化剂对甲醇氧化的催化活性和稳定性高于Pt/C和Pt/CNT, 而且该催化剂对甲醇氧化中间体有良好的祛除能力. 该方法具有简单、高效的特点, 提高了贵金属Pt的使用效率, 所制备的Pt/RGO催化剂在直接甲醇燃料电池中有巨大应用潜力.(1)Zhao, H. B.; Li, L.; Yang, J.; Zhang, Y. M. Electrochem. Commun. 2008, 10(10), 1527. doi: 10.1016/j.elecom.2008.07.047(2)Hamel, C.; Garbarino, S. B.; Irissou, E. R.; Bichat, M. P.; Guay, D. J. Phys. Chem. C 2010, 114 (44), 18931. doi: 10.1021/jp105706y(3)Lee, S. H.; Kakati, N.; Jee, S. H.; Maiti, J.; Yoon, Y. S. Mater. Lett. 2011, 65 (21–22), 3281.(4)Navaee, A.; Salimi, A.; Soltanian, S.; Servati, P. J. Power Sources 2015, 277 (3), 268.(5)Zhou, X.; Gan, Y.; Du, J.; Tian, D.; Zhang, R.; Yang, C.; Dai, Z. J. Power Sources 2013, 232 (6), 310.(6)Cai, Z. X.; Liu, C. C.; Wu, G. H.; Chen, X. M.; Chen, X. Electrochim. Acta 2014, 127 (5), 377.(7)Du, S.; Lu, Y.; Steinberger-Wilckens, R. Carbon 2014, 79 (11), 346.(8)Gao, H.; Liao, S.; Zeng, J.; Xie, Y. J. Power Sources 2011, 196(1), 54. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.07.040(9)Liu, A.; Yuan, M.; Zhao, M.; Lu, C.; Zhao, T.; Li, P.; Tang, W. J. Alloy. Compd. 2014, 586 (2), 99.(10)Zhang, Y.; Chang, G.; Shu, H.; Oyama, M.; Liu, X.; He, Y. J. Power Sources 2014, 262 (9), 279.(11)Xu, C.; Hou, J.; Pang, X.; Li, X.; Zhu, M.; Tang, B. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37 (14), 10489. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012.04.041(12)Liang, Q.; Zhang, L.; Cai, M.; Li, Y.; Jiang, K.; Zhang, X.; Shen, P. K. Electrochim. Acta 2013, 111 (11), 275.(13)Lu, J.; Zhou, Y.; Tian, X.; Xu, X.; Zhu, H.; Zhang, S.; Yuan, T. Appl. Surf. Sci. 2014, 317 (10), 284.(14)Liu, C. S.; Liu, X. C.; Wang, G. C.; Liang, R. P.; Qiu, J. D. J. Electroanal. Chem. 2014, 728 (8), 41.(15)Liu, H.; Song, C.; Zhang, L.; Zhang, J.; Wang, H.; Wilkinson, D. P. J. Power Sources 2006, 155 (2), 95. doi: 10.1016/j.jpowsour.2006.01.030(16)Mikołajczuk, A.; Borodzinski, A.; Kedzierzawski, P.; Stobinski, L.; Mierzwa,B.; Dziura, R. Appl. Surf. Sci. 2011, 257 (19), 8211. doi:10.1016/j.apsusc.2011.04.078(17)Kakaei, K.; Zhiani, M. J. Power Sources 2013, 225 (3), 356.(18)Kakati, N.; Maiti, J.; Lee, S. H.; Yoon, Y. S. Int. J. Hydrog. Energy 2012, 37 (24), 19055. doi: 10.1016/j.ijhydene.2012. 09.083(19)Jung, J.; Park, B.; Kim, J. Nanoscale Res. Lett. 2012, 7 (1), 1. doi:10.1186/1556-276X-7-1(20)Abanin, D. A.; Morozov, S. V.; Ponomarenko, L. A.; Gorbachev, R. V.; Mayorov, A. S.; Katsnelson, M. I.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Novoselov, K. S.; Levitov, L. S.; Geim, A. K. Science 2011, 332 (6027), 328. doi:10.1126/science.1199595(21)Bragaru, A.; Vasile, E.; Obreja, C.; Kusko, M.; Danila, M.; Radoi, A. Mater. Chem. Phys. 2014, 146 (3), 538. doi: 10.1016/j.matchemphys.2014.04.012(22)Jothi, P. R.; Kannan, S.; G, V. J. Power Sources 2015, 277 (3), 350.(23)Chen, H.; Duan, J.; Zhang, X.; Zhang, Y.; Guo, C.; Nie, L.; Liu, X. Mater. Lett. 2014, 126 (7), 9.(24)Huang, H.; Chen, H.; Sun, D.; Wang, X. J. Power Sources 2012, 204 (4), 46.(25)Hu, Y.; Wu, P.; Zhang, H.; Cai, C. Electrochim. Acta 2012, 85 (15), 314.(26)Hassan, H. M. A.; Abdelsayed, V.; Khder, A. E. R. S.; AbouZeid, K. M.; Terner, J.; El-Shall, M. S.; Al-Resayes, S. I.; El-Azhary, A. A. J. Mater. Chem. 2009, 19 (23), 3832. doi: 10.1039/b906253j(27)Chien, C. C.; Jeng, K. T. Mater. Chem. Phys. 2006, 99 (1), 80. doi:10.1016/j.matchemphys.2005.09.080(28)Liu, Z.; Lee, J. Y.; Chen, W.; Han, M.; Gan, L. M. Langmuir 2003, 20 (1), 181.(29)Zhang, J.; Yang, H.; Shen, G.; Cheng, P.; Zhang, J.; Guo, S. Chem. Commun. 2010, 46 (7), 1112. doi: 10.1039/B917705A(30)Ji, Z.; Shen, X.; Zhu, G.; Chen, K.; Fu, G.; Tong, L. J. Electroanal. Chem. 2012, 682 (8), 95.(31)Georgakilas, V.; Gournisb, D.; Tzitziosa, V.; Pasquato, L.; Guldie, D. M.; Prato, M. J. Mater. Chem. 2007, 17 (26), 2679. doi: 10.1039/b700857k (32)Yoo, E.; Okata, T.; Akita, T.; Kohyama, M.; Nakamura, J.; Honma, I. Nano Lett. 2009, 9 (6), 2255. doi: 10.1021/nl900397t(33)Zhou, Y. K.; He, B. L.; Zhou, W. J.; Huang, J.; Li, X. H.; Wu, B.; Li, H. L. Electrochim. Acta 2004, 49 (2), 257. doi: 10.1016/j.electacta.2003.08.007。

高温热裂解电催化剂Ketjen Black EC 300J碳黑负载钴卟啉的氧还原性能

高温热裂解电催化剂Ketjen Black EC 300J碳黑负载钴卟啉的氧还原性能

了大量研究 , 但结果各不相同u 对碳黑进行预处理能提高载体表面的酚羟基 、 . 羧基、 羰基及醌基等
含氧基 团 的比例 , 电极制 备时 , 在 这些 酸性官能 团在水 中的超声 条 件 下能形 成 稳 定 的溶剂 化层 ,同时
吸附溶剂 中的 阳离 子形成 双 电层 结构 , 产生 的排斥力 可阻 碍碳 黑颗粒 间的碰 撞凝 聚 , 对碳 黑 在水 中的
分散起 主要作用 ,同时也 有 利 于 促进 CT P在 碳 黑 表 面 的分 散 ,提 高 其 活 性 .本 文 选 用 K tn oMP ee j BakE oJ 简称 K ) lc C3o( B 碳黑 作为载 体 ,采用体 积分数 3 % H O 及 6m lLH O 溶 液 对碳 载体进 行 0 o N / 预处 理 , 钴 卟啉负载 于预处理后 的 K 将 B得到 CT P K 经 过 9 0℃ 高 温热 处理 制 备 了电催 化 剂 ; oMP/ B, 0
用 的载体 主要 有 SO 、 bO 、高岭 土和碳黑 及活性 炭等 , 中碳 载体 应 用广 泛且效 果较 好.理想 的 i S 其 碳载体 应该有 小 的粒径 、高的 比表 面积 和高 电导 率 ,同时 , H 在 和 O 环 境 下有 较好 的热 稳定 性 和化
学稳 定性 .以往 的研 究发 现 ,载体 的预处理 直接影 响催化 剂 的氧还 原 性 能 ,采用 过 氧化 氢 和硝 酸处 理 碳黑可 以提高催 化剂 的催化活 性 .同时 , 金属 卟啉等化 合物作 为催 化活 性组 分 在碳 载体 表面 的 负载 通过高 温热处 理完成 , 催化 剂 的催化 性能 、 机理 及活性 中心 和热处理 温度密 切相 关 ” .科学 家对 比作
属酞 菁化合 物 由于具 有较 高的共轭 结构 和化学稳 定性 , 对分 子 氧还原 表 现 出 良好 的 电催 化 活性 ,同时 在 酸碱 介质 中均能稳 定存在 , 为氧还 原 电催化 剂 的研 究热 点 ,被认 为 是最有 希 望取 代铂 作 为燃 料 电 成 池催 化剂 J .金属 卟啉及酞 菁化合 物作为 氧还原催 化剂 负载 在载 体上 可 以有效 提 高 电催 化性 能 , 采

科学家制备出效率达93%电还原二氧化碳催化剂

科学家制备出效率达93%电还原二氧化碳催化剂

科学家制备出效率达93%电还原二氧化碳催化剂
前从中国科学技术大学获悉,该校化学与材料科学学院和合肥微尺度物质科学国家研究中心曾杰教授课题组,利用不同镍含量掺杂的二硫化锡纳米片作为催化剂,实现高效电还原二氧化碳到甲酸和一氧化碳。

这种镍掺杂的二硫化锡纳米片催化剂,在二氧化碳电还原反应中表现出高活性和高稳定性。

该成果近日发表在《德国应用化学》杂志上。

在二氧化碳电还原反应中,二氧化碳分子的活化一直是二氧化碳电催化还原反应的研究难点。

因为,在标准情况下,二氧化碳分子在水溶液中活化成二氧化碳阴离子所需的标准电极电势为相对标准氢-1.9。

通常,二氧化碳分子的活化包含电子从催化剂转移到二氧化碳分子,而这一过程和催化剂的电子结构密切相关。

因此,可以通过调节催化剂的电子结构从而实现二氧化碳分子的高效活化。

基于这样的理念,研究人员以两层原子厚的二硫化锡纳米片为基础,通过调节引入镍的含量,得到了不同镍掺杂的二硫化锡纳米片催化剂。

合适镍含量的二硫化锡纳米片催化剂实现了对二氧化碳分子的高效活化,从而增强二氧化碳电催化还原反应性能。

在二氧化碳电催化还原反应中,5%镍掺杂的二硫化锡纳米片在-0.9标准氢电位的电压下,二氧化碳还原成有效碳产物的法拉第效率高达93%。

该项工作不仅制备了高效的镍掺杂二硫化锡纳米片作为二氧化
碳电还原催化剂,也为合理设计电催化剂提供了方法。

新型催化剂可实现高效电催化二氧化碳还原反应

新型催化剂可实现高效电催化二氧化碳还原反应

新型催化剂可实现高效电催化二氧化碳还原反应
佚名
【期刊名称】《电子产品可靠性与环境试验》
【年(卷),期】2022(40)4
【摘要】据报道,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场中心王辉课题组,制备出超小铜纳米晶嵌入的氮掺杂碳纳米片催化剂,该催化剂可用来实现高效电催化二氧化碳还原反应。

相关结果新近发表在国际期刊《ACS应用材料与接口》上。

随着工业化水平的提高和能源消耗的增多,大气中的二氧化碳浓度逐渐地增加,使得生态环境遭受到严重的破坏,能源短缺问题日益凸显。

因此,目前亟须产生出新的清洁能源,以摆脱对传统化石能源的过度依赖,减少二氧化碳的排放。

【总页数】1页(P16-16)
【正文语种】中文
【中图分类】F42
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主族催化剂电催化co2还原制hcooh

主族催化剂电催化co2还原制hcooh

一、概述在当前全球温室气体排放日益严重的形势下,尤其是二氧化碳(CO2)的排放给环境带来了严重的影响。

而利用电催化CO2还原制取甲酸(HCOOH)成为了一种备受关注的绿色化工技术。

主族催化剂作为一种重要的催化剂,在电催化CO2还原制取甲酸中具有重要的应用价值。

二、主族催化剂在CO2还原中的应用1. 铒基主族催化剂铒基主族催化剂在电催化CO2还原制取甲酸过程中表现出了优异的催化活性和选择性。

其在CO2还原反应中能够高效地将CO2还原为甲酸,且在过程中产生的副产物较少。

这使得铒基主族催化剂成为了电催化CO2还原制取甲酸的理想选择之一。

2. 硼基主族催化剂硼基主族催化剂在CO2还原中也表现出了良好的催化性能。

与铒基主族催化剂相比,硼基主族催化剂在反应中对CO2的还原活性更高,能够实现更高的甲酸产率。

在实际应用中,硼基主族催化剂也被广泛应用于电催化CO2还原制取甲酸的工艺中。

三、主族催化剂在电催化CO2还原制取甲酸中的优势1. 高效催化活性主族催化剂在CO2还原反应中表现出高效的催化活性,能够将CO2有效地还原为甲酸。

其催化效率高,能够大大提高甲酸的产率。

2. 选择性良好主族催化剂在CO2还原反应中能够实现良好的产物选择性,对于副产物的生成率较低,有利于提高甲酸的纯度和产率。

3. 易于合成和改性相较于其他催化剂,主族催化剂的合成和改性相对较为简单,具有较低的成本和较高的可持续性,能够降低生产成本并减少对环境的影响。

四、主族催化剂在电催化CO2还原制取甲酸中的挑战与展望1. 主族催化剂的稳定性目前主族催化剂在CO2还原反应中的稳定性尚存在一定的挑战,需要进一步提高其抗氧化和抗腐蚀能力,以保证催化剂在长期使用中的稳定性。

2. 主族催化剂的催化活性尽管主族催化剂在CO2还原反应中表现出了良好的催化活性,但其与过渡金属催化剂相比仍有发展空间。

未来需要进一步提高主族催化剂的催化活性,以实现更高效的CO2还原制甲酸。

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Chinese Journal of Catalysis 38 (2017) 1668–1679
催化学报 2017年 第38卷 第10期 |
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A R T I C L E I N F O
A B S T R A C T
Article history: Received 4 May 2017 Accepted 3 July 2017 Published 5 October 2017 Keywords: Riboflavin Pyrolysis Oxygen reduction reaction FeCl3 Electrocatalyst
Article
High performance ORR electrocatalysts prepared via one‐step pyrolysis of riboflavin
Yuxiao Deng, Haixin Huangfu, Shuihua Tang *, Jie Li
State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology & Exploitation, School of Materials Science and Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, Sichuan, China
Efficient, cost‐effective electrocatalysts for an oxygen reduction reaction (ORR) are currently re‐ quired for fuel cells. In the present work, riboflavin was used as a cheap, nontoxic carbon and nitro‐ gen precursor to prepare Fe–N–C catalysts via one‐step pyrolysis in the presence of anhydrous iron chloride. Raman spectroscopy indicated that the catalyst containing nitrogen created a great quan‐ tity of defects in the carbon structures, while nitrogen adsorption‐desorption isotherms showed that the catalyst was mesoporous. Transmission electron microscopy demonstrated that the Fe–N–C catalyst was composed of very thin, curved and porous graphene layers together with some Fe2O3 nanoparticles, and X‐ray diffraction patterns confirmed that the carbon in the catalyst was highly graphitized. X‐ray photoelectron spectroscopy indicated that the active sites for the ORR were primarily composed of graphitic nitrogen, although Fe sites also played an important role. The ORR activity of the Fe–N–C catalyst reached a maximum of 4.16 mA cm–2, and its chronoam‐ perometric response was found to decrease by only 3% after operating for 3 h at 0.66 V (vs RHE) in an O2‐saturated 0.1 mol L–1 KOH solution. In contrast, a commercial 40 wt% Pt/C catalyst with a loading of 0.2 mgPt cm–2 exhibited an activity of 4.46 mA cm–2 and a 40% loss of response. The elec‐ trochemical performance of this new Fe–N–C catalyst was therefore comparable to that of the Pt/C catalyst while showing significantly better stability. © 2017, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.
1. Introduction The development of highly efficient, cost‐effective electro‐ catalysts for the oxygen reduction reaction (ORR) has played an important role in the commercialization of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) [1–4]. Currently, plati‐ num‐based catalysts are most commonly used as ORR electro‐ catalysts [5]. However, these materials are costly, which has restricted the implementation of PEMFCs [6]. Therefore, many attempts have been made to explore non‐precious metal cata‐ lysts (NPMCs), including macrocycle‐based catalysts [7–9], transition metal carbides [10–12], transition metal oxides [13], and M–N–C (M = Fe and/or Co) catalysts [14–21]. Among these, the M–N–C materials are considered as one of the most prom‐ ising candidates owing to their high activity and remarkable stability [22–25]. Dodelet et al. [26] used phenanthroline as a nitrogen source to synthesize an iron‐based ORR electrocatalyst. This catalyst showed excellent performance, and the ORR volumetric activity and mass‐transport of the material were found to be further
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