基于氮掺杂碳材料的氧还原电催化剂研究
介孔氮掺杂碳材料应用于氧还原催化剂
介孔氮掺杂碳材料应用于氧还原催化剂周贺;何兴权【摘要】质子交换膜燃料电池的阴极催化剂很大程度上依赖于昂贵的铂基催化剂,开发高活性、高稳定性的催化剂迫在眉睫并且具有挑战性.对于非贵金属催化剂,发现多孔金属有机骨架MOF材料具有较高活性最具希望替代贵金属的催化剂.ZIF作为其中的一类催化剂,具有较高的比表面积以及含碳氮量.在此,以金属有机骨架ZIF-8为前驱体材料来制备介孔碳材料.催化剂是以表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵)和螯合剂(柠檬酸)形成的胶束为软模板来制备具有介孔微孔多级孔结构的MOF催化剂mesoMOF.通过此模板法合成的mesoMOF催化剂具有独特的形貌结构以及丰富的介孔结构.研究表明具备多介孔结构的催化剂更利于传质过程的进行.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)003【总页数】4页(P60-63)【关键词】介孔;传质;MOF;催化剂【作者】周贺;何兴权【作者单位】长春理工大学化学与环境工程学院,长春 130022;长春理工大学化学与环境工程学院,长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TM911作为最有前景的清洁能源之一，质子交换膜燃料电池（PEMFCs）在过去的几年是人们一直备受关注清洁能源。
尽管PEMFCs有许多优点，如能量密度高，容易存储运输，低排放量等等。
但制约PEMFCs商业化应用的一大障碍就是较慢的氧还原（ORR）动力学过程。
对于阴极催化剂，提高催化剂本身活性位点密度是工作的重点，同时也应兼顾考虑催化剂的孔结构，以便将催化剂应用于商业化减小传质问题的影响［1，2］。
目前，为了提高催化剂的比表面积、多孔性以使催化剂暴露更多的活性位点，金属有机材料（MOFs）受到了越来越多研究者的关注。
在分子水平上，配体与金属原子进行有序配位，以保证整个金属骨架的有序性以及孔径大小的可调控性［3］。
将MOFs材料应用于ORR催化剂，主要存在以下三种：（1）通过选择不同的配体以及金属离子，从MOFs材料能够制备许多Fe-N4、Co-N4催化剂。
氮掺杂碳纳米片的制备及其在酸碱介质中氧还原催化性能
氮掺杂碳纳米片的制备及其在酸碱介质中氧还原催化性能氮掺杂碳纳米片的制备及其在酸碱介质中氧还原催化性能近年来，氧还原反应（ORR）作为一种重要的能源转换反应，受到了广泛关注，因为它在燃料电池、金属空气电池等能源领域中具有巨大的应用潜力。
目前，铂基催化剂是ORR的最佳候选物，然而，铂的稀缺性和高成本限制了其在实际应用中的广泛使用。
因此，寻找低成本、高效的替代催化剂成为了当前研究的热点。
近年来，碳材料作为一种优良的催化剂载体，具有丰富的多孔结构和可调控的化学吸附性，已成为替代铂基催化剂的重要候选物。
此外，氮掺杂碳材料因具有更高的催化活性和电化学稳定性而备受关注。
因此，将氮掺杂碳材料作为ORR催化剂的载体具有重要的科学意义和应用前景。
在制备氮掺杂碳纳米片时，常用的方法是通过碳化剂（例如葡萄糖、蛋白质等）与氮源（如尿素、三聚氰胺等）在高温下进行热解反应。
热解过程中，碳化剂会发生物理或化学变化，并与氮源发生反应，形成包含氮杂原子的碳纳米片。
此外，调控反应温度、时间、反应气氛等因素也是制备高质量氮掺杂碳纳米片的重要影响因素。
氮掺杂碳纳米片作为ORR催化剂，在酸碱介质中展现出了较高的催化活性。
其高催化活性主要归因于氮掺杂所引入的杂原子-氮的特殊化学态。
氮杂原子-氮能够与氧分子吸附形成键，并提供位阻效应，从而增强ORR反应速率。
此外，氮掺杂碳纳米片具有较高的表面积、更大的孔径和更好的电子传导性能，也有助于提高催化活性。
然而，目前氮掺杂碳纳米片在ORR催化方面仍存在一些挑战。
首先，氮掺杂碳纳米片的氮杂原子含量和类型对催化性能有重要影响。
高含量的氮杂原子有助于提高催化活性，但过多的氮原子可能导致材料结构疏松和电子传导性能下降。
其次，氮掺杂碳纳米片的制备方法需要进一步优化，以提高催化剂的稳定性和长期使用的耐久性。
最后，氮掺杂碳纳米片的催化机理尚不完全清楚，需要通过理论计算和实验研究来深入了解。
综上所述，氮掺杂碳纳米片作为ORR催化剂具有巨大的应用潜力。
一种新型fe-n-c氧还原电催化剂及其制备和应用 -回复
一种新型fe-n-c氧还原电催化剂及其制备和应用-回复一种新型fenc氧还原电催化剂及其制备和应用引言：氧还原反应（ORR）是燃料电池等电化学设备中必不可少的反应步骤之一。
然而，传统的贵金属如铂（Pt）和其他贵金属催化剂的高成本，限制了ORR技术的进一步发展和应用。
因此，开发出一种价格低廉但性能优越的非贵金属催化剂是迫切需要解决的问题。
本文介绍一种新型的非贵金属氧还原电催化剂fenc及其制备和应用。
该催化剂主要由碳材料和非金属配位基团构成，具有优异的ORR活性和稳定性，适用于燃料电池等多种电化学设备。
一、催化剂的制备方法1.1 碳材料选择本研究选择了氮掺杂碳材料作为基底，并采用碳化剂热处理方法合成。
首先，将氮源和碳化剂按一定比例混合，并在高温环境中进行烧结处理。
然后，通过酸洗和热处理去除杂质和残留物质，得到高纯度的氮掺杂碳基底。
1.2 非金属配位基团选择本研究选择了一种酞菁类化合物作为非金属配位基团，其可提供丰富的氮原子和配位功能，从而增强ORR性能。
该化合物通过溶剂热合成的方法获得，然后与碳基底进行表面修饰反应，形成非金属配位基团修饰的碳材料。
1.3 催化剂组装将合成得到的碳基底与非金属配位基团进行物理混合，然后采用高压热处理方法，将其牢固地结合在一起。
通过控制温度和压力，使得碳基底和非金属配位基团之间形成强大的相互作用力，提高催化剂的稳定性和活性。
二、催化剂性能和应用实验2.1 ORR性能测试通过电化学工作站进行了ORR性能测试，使用标准的三电极体系和酸性溶液环境。
结果显示，本研究制备的fenc催化剂表现出较高的ORR活性和稳定性，与商用的铂催化剂相当。
该催化剂还显示出优异的燃料电池性能，稳定工作在较高电流密度下。
2.2 电化学稳定性测试通过稳定性测试，研究了fenc催化剂在长时间循环使用后的稳定性。
结果显示，该催化剂在10000次循环之后具有良好的稳定性和活性。
这表明fenc催化剂具有较高的耐久性，适用于实际应用。
《NiOOH@氮掺杂碳纤维电催化还原O2制H2O2性能及应用》范文
《NiOOH@氮掺杂碳纤维电催化还原O2制H2O2性能及应用》篇一一、引言随着环保和可持续发展意识的增强，电化学技术已成为能源转换和存储领域的研究热点。
其中，电催化还原氧气（O2）生成过氧化氢（H2O2）因其在氧化反应和合成中的应用潜力，成为了该领域的一个重要研究方向。
而作为关键的材料之一，NiOOH负载于氮掺杂碳纤维上的材料在电催化过程中展现出了卓越的活性和稳定性。
本文将深入探讨这种材料在电催化还原O2制H2O2的性能以及其潜在的应用领域。
二、材料制备与表征1. 材料制备本实验中，我们采用了一种简单的合成方法，将NiOOH纳米颗粒负载在氮掺杂的碳纤维上。
首先，通过化学气相沉积法合成氮掺杂的碳纤维。
随后，将预先合成的NiOOH溶液均匀地涂抹在碳纤维上，并在适当的温度下进行热处理，从而完成材料的制备。
2. 材料表征通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察，我们确认了NiOOH纳米颗粒成功地负载在氮掺杂的碳纤维上，并形成了一个具有较大比表面积的结构。
同时，通过X射线衍射（XRD）和拉曼光谱等手段，我们进一步验证了材料的结构和组成。
三、电催化性能研究1. 活性测试我们使用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）对材料进行了电催化性能测试。
在测试中，我们发现NiOOH@氮掺杂碳纤维材料在电催化还原O2制H2O2的过程中表现出了卓越的活性和较高的选择性。
与传统的催化剂相比，该材料在较低的过电位下就能达到较高的电流密度。
2. 稳定性测试为了评估材料的稳定性，我们进行了长时间的电催化测试。
结果显示，NiOOH@氮掺杂碳纤维材料具有良好的稳定性和较长的使用寿命。
这主要得益于其独特的结构和组成，使得该材料在电催化过程中具有较好的抗腐蚀性和耐久性。
四、应用领域探讨1. 污水处理由于H2O2具有良好的氧化性，可用于处理含有有机污染物的废水。
将NiOOH@氮掺杂碳纤维材料应用于污水处理中，可有效地降解有机污染物，同时避免传统方法中可能产生的二次污染。
氮掺杂科琴黑碳材料的制备及电催化氧还原性能研究
氮掺杂科琴黑碳材料的制备及电催化氧还原性能研究刘冠良,刘鹏,余林,孙明,程高(广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006)摘要:氮掺杂碳材料是一种有应用前景的电催化氧还原催化剂。
以尿素和三聚氰胺作为氮源,在氮气气氛下高温焙烧,制得两种氮掺杂科琴黑碳材料并将其用于电催化氧还原反应。
使用X 射线衍射仪(XRD)、X 射线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、比表面物理吸附分析仪等对氮掺杂前后的科琴黑的结构和形貌进行了分析。
结果表明:氮掺杂之后科琴黑仍保持石墨结构,其形貌和比表面积均无明显改变。
在XPS 谱图上,氮掺杂后科琴黑上存在氮元素,其中以三聚氰胺为氮源比以尿素为氮源更容易得到吡啶氮。
通过循环伏安法和线性扫描伏安法研究了3个样品的电催化氧还原性能。
结果表明:氮掺杂能明显提高科琴黑的电催化氧还原性能,未掺杂的科琴黑(AC)的半波电位为0.746V,而以尿素和三聚氰胺为氮源掺杂后的科琴黑碳材料的半波电位分别提高到了0.756V(尿素-N/AC)和0.786V(三聚氰胺-N/AC)。
关键词:科琴黑;氮掺杂碳材料;吡啶氮;氧还原中图分类号:TQ127.1文献标识码:A文章编号:1006-4990(2019)10-0084-05Preparation of N-doped ketjenblack and its application in electrocatalytic oxygen reduction reactionLiu Guanliang ,Liu Peng ,Yu Lin ,Sun Ming ,Cheng Gao(School of Chemical Engineering and Light Industry ,Guangdong University of Technology ,Guangzhou 510006,China )Abstrac t :N-doped carbon material is a kind of promising oxygen reduction reaction (ORR )electrocatalyst.Two kinds of N-doped Ketjenblacks carbon were prepared using urea and melamine as nitrogen sources by a high⁃temperature calcination method under nitrogen atmosphere.The structure and morphology of the Ketjenblacks carbon materials being doped by Nbefore and after were characterized by X-ray diffraction (XRD ),X-ray photoelectron spectroscopy (XPS ),field emission scan⁃ning electron microscope (FESEM )and specific surface area analysis techniques.Results showed that the N-doped Ketjen⁃black maintained graphite structure ,the morphology and BET surface area were not changed significantly.The XPS charac⁃terization illustrated that nitrogen was introduce to the N-doped Ketjenblack ing melamine as nitrogen source could introduce more pyridinic N than that of using urea.Cyclic voltammetry and linear sweep voltammetry were used to investigate the electrocatalytic oxygen reduction performance of three samples.The results showed that doping nitrogen on Ketjenblack carbon could enhance the electrocatalytic oxygen reduction performance effectively.For the pristine Kenjenblack carbon ,the half⁃wave potential were 0.746V.After using urea and melamine as nitrogen sources ,the half⁃wave potential for urea-N/ACand melamine-N/AC were enhanced to 0.756V and 0.786V ,respectively.Key words :Ketjenblack ;nitrogen doping carbon material ;pyridine N ;oxygen reduction reaction可持续的清洁能源是人类社会发展的基础,其中,燃料电池和金属空气电池作为一种新型清洁能源电池,因其较高的理论容量和环境友好的特点,受到科研工作者的广泛研究和关注[1-3]。
《NiOOH@氮掺杂碳纤维电催化还原O2制H2O2性能及应用》范文
《NiOOH@氮掺杂碳纤维电催化还原O2制H2O2性能及应用》篇一一、引言随着环境问题的日益严重和能源危机的加剧，开发高效、环保的能源转换和存储技术已成为科研领域的热点。
电催化技术因其高效、环保、可持续等优点，在能源领域具有广泛的应用前景。
其中，电催化还原O2制H2O2作为一种重要的电催化反应，对于实现清洁能源的生产和利用具有重要意义。
近年来，科研人员通过制备各种高效电催化剂来提高该反应的效率。
本文重点研究NiOOH@氮掺杂碳纤维（N-doped Carbon Fibers）的电催化性能及其在O2还原制H2O2中的应用。
二、NiOOH@氮掺杂碳纤维的制备与结构特性本研究所用的NiOOH@氮掺杂碳纤维是通过溶胶-凝胶法与高温碳化法相结合制备得到的。
首先，将含有Ni源和氮源的前驱体溶液在适当的温度下进行溶胶-凝胶反应，形成凝胶状物质。
然后，将该凝胶在高温下进行碳化处理，得到NiOOH@氮掺杂碳纤维。
该材料具有较高的比表面积、良好的导电性和优异的化学稳定性。
三、电催化还原O2制H2O2性能研究1. 实验方法：本实验采用三电极体系进行电化学测试。
工作电极采用NiOOH@氮掺杂碳纤维修饰的电极，对电极为铂电极，参比电极为Ag/AgCl电极。
在一定的电位范围内，通过循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）测试材料的电催化性能。
2. 结果与讨论：实验结果表明，NiOOH@氮掺杂碳纤维具有良好的电催化还原O2制H2O2性能。
在一定的电位下，该材料能够有效地催化O2还原为H2O2，且具有较高的电流密度和较低的过电位。
此外，该材料还具有较好的稳定性，能够在进行多次循环测试后仍保持良好的电催化性能。
四、应用领域及优势1. 应用领域：NiOOH@氮掺杂碳纤维电催化还原O2制H2O2的应用领域十分广泛，可用于水处理、环保、能源等领域。
例如，可以利用该技术生产清洁的H2O2，用于废水处理和消毒；同时，还可以利用该技术实现清洁能源的生产和利用。
氮掺杂石墨烯的制备及氧还原电催化性能
氮掺杂石墨烯的制备及氧还原电催化性能一、本文概述随着能源危机和环境问题的日益严峻，寻求高效、清洁、可持续的能源技术已成为全球科研工作者的重要任务。
作为新一代能源技术的重要组成部分，燃料电池和金属-空气电池等电化学能源转换装置因具有高能量密度和环保特性而备受关注。
在这些电化学能源转换装置中，氧还原反应（ORR）是关键步骤之一，其催化剂的性能直接影响到整个装置的能量转换效率和使用寿命。
因此，开发高效、稳定的氧还原电催化剂成为了当前研究的热点。
近年来，石墨烯作为一种新兴的二维纳米材料，因其独特的电子结构和物理化学性质，在电催化领域展现出巨大的应用潜力。
而氮掺杂石墨烯作为一种通过引入氮原子对石墨烯进行改性的材料，不仅保留了石墨烯原有的优点，还在电催化性能上有了显著提升。
氮掺杂石墨烯的引入可以改变石墨烯的电子结构，提高其对氧分子的吸附能力，从而优化氧还原反应的动力学过程。
因此，氮掺杂石墨烯被认为是一种具有广阔应用前景的氧还原电催化剂。
本文旨在探讨氮掺杂石墨烯的制备方法以及其在氧还原电催化反应中的性能表现。
我们将详细介绍氮掺杂石墨烯的合成方法，包括化学气相沉积法、热解法、溶剂热法等，并分析各种方法的优缺点。
我们将通过电化学测试手段，如循环伏安法、线性扫描伏安法等，评估氮掺杂石墨烯在氧还原反应中的催化性能，并探讨其催化机理。
我们还将讨论氮掺杂石墨烯在实际应用中所面临的挑战和可能的解决方案。
通过本文的研究，我们期望能够为氮掺杂石墨烯在氧还原电催化领域的应用提供有益的理论指导和实验依据，为推动新一代电化学能源转换装置的发展做出贡献。
二、氮掺杂石墨烯的制备方法氮掺杂石墨烯的制备是提升其氧还原电催化性能的关键步骤。
目前，常见的氮掺杂石墨烯制备方法主要包括化学气相沉积法、热处理方法、化学还原法以及原位合成法等。
化学气相沉积法是一种在气相中通过化学反应生成固态物质并沉积在基底上的方法。
在氮掺杂石墨烯的制备中，含碳和含氮的前驱体在高温下分解，碳原子和氮原子在基底上重新排列，形成氮掺杂石墨烯。
过渡金属和氮共掺杂碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究
过渡金属和氮共掺杂碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究过渡金属和氮共掺杂碳材料的制备及其电催化氧还原性能研究引言：随着环境污染日益严重和资源短缺问题愈发突出，开发高效、可持续的能源技术已成为迫切需要解决的全球性难题。
在这方面，传统的燃煤能源和化石燃料逐渐显现出限制和弊端。
因此，寻找新能源技术、开发高效电化学能源转化系统和电催化剂已成为热点研究领域之一。
其中，电催化氧还原反应（ORR）是研究的重要方向之一，它可用于燃料电池、金属空气电池和电解水等方面。
目前，发展高活性和稳定的电催化剂成为提高ORR性能和降低成本的关键。
方法：过渡金属和氮共掺杂碳材料由于其出色的电催化性能和资源可持续性而备受关注。
制备这种材料的方法通常包括两个主要步骤：合成碳基材料和过渡金属和氮共掺杂。
首先，碳基材料可以通过各种途径制备，如碳化剂热解法、溶剂热法和热解法等。
其次，在碳基材料的表面上以盐酸铵为氮源，通过高温热处理和共掺杂剂协助下将过渡金属和氮原子掺杂到碳基材料中。
这种方法能够在碳材料中引入活性位点，提高ORR的催化活性，并增强材料的氧化稳定性和循环稳定性。
结果：通过一系列表征技术，如透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS），研究发现过渡金属和氮成功地共掺杂到碳材料中，形成了独特的网络结构和多孔结构。
这些结构有利于提高ORR的电子传输和质子导电性能，并提供更多的活性位点，从而显著提高ORR的催化活性。
例如，制备的过渡金属和氮共掺杂碳材料在碱性介质中展现出较高的催化活性和长寿命，比商业铂催化剂表现出更好的ORR性能。
此外，过渡金属和氮共掺杂碳材料还显示出优异的电喂氧性能和电化学稳定性，这使其成为潜在的催化剂应用材料。
讨论：过渡金属和氮共掺杂碳材料的制备及其电催化ORR性能研究已取得了显著的进展，但仍然面临着一些挑战。
首先，目前的合成方法还存在一些不足，如难以掌控和复杂的合成过程、产率低、成本高等问题。