电池用空气电极催化剂的研究进展
电池用空气电极催化剂的研究进展
金属空气电池由于具有能量密度高、轻便及对环境无污染等优点，成为最具有开发前景的清洁能源之一。金属空气电池以空气中的氧作为正极活性物质，金属锌（或铝）作为负极活性物质，空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散电极到达电化学反应界面与金属锌（或铝）反应而放出电能。由于金属空气电池的原材料丰富、性能价格比高并且完全无污染，因此，被称为是“面向21世纪的绿色能源”。空气电极是目前影响空气电池商业化的关键因素，对空气电极进行研究，既符合国家的产业政策，又满足市场和环保节能的要求，因此具有较大的社会效益和经济意义。
?1.空气电极的结构和反应机理
?所谓空气电极是一种透气、不透液、能导电、有催化活性的薄膜，它在整个电池中所占的比例很小，余下的空间可以用来充填阳极材料。在电池放电过程中空气电极作阴极，氧气沿电极表面扩散进入电极内部，在催化剂的作用下发生还原反应。空气电极由金属导电网（镍网、铜网）、防水层、催化层压制而成（如图1所示），通常使用以PTFE(聚四氟乙烯)粘接起来的活性炭、石墨等作为电化学反应的载体。它利用空气中的氧气作为正极活性物质来接受电子进行阴极还原。由于氧气不能直接进行电极反应，它必须在气-液-固三相界面才能被还原。它一面与电解质接触，另一面与氧气接触，因此空气电极是整个空气电池的关键所在。空气电极的性能受防水层、催化层和制备工艺等多种因素的影响。目前研究的目标集中在研究高效率的薄型空气电极技术，包括开发更好的催化剂、更长寿命的电极物理结构、低的制造成本等。
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铝-空气电池空气电极的研究概述
铝-空气电池空气电极的研究概述 本文主要介绍了铝-空气电池及其发展前景和研究现状。利用静电纺丝法制备钴碳复合纤维材料用于铝-空气电池的空气阴极，不同掺杂浓度的过渡金属钴氧化物作为氧还原催化剂催化空气电极反应。对制备的碳纤维空气电极进行了SEM、TEM和激光拉曼光谱的测量和分析，详细的电化学实验表明，6.6%的硝酸钴掺杂质量分数的样品表现出最佳的性能。 我们探索适宜的催化剂浓度来提高碳纤维材料的氧还原催化能力的自组合的空气电极的制备。电池放电试验是在二电极系统采用复合碳纤维空气阴极和一个铝板阳极，电解液为2 mol/L NaCl水溶液的封闭系统。 1.1 铝-空气电池 铝是地壳中储量最多的金属，全球的工业储量超250亿吨[1]，其金属单质具有较活泼的还原性，该金属能量密度仅次于金属锂，其理论电化学当量2.98Ah/g，体积当量8.04 Ah/cm3[2]。目前工业上已能通过电解方式大规模廉价获得金属铝，金属铝具有易保存、易运输、易加工、反应安静且安全、对环境友好无污染的特性，所以金属铝在能量储存和转换方面的应用一直以来就备受人们的重视。1850年Hulot尝试性采用铝作电池阴极，1960年左右Zaromb等人确定了铝-空气电池的可行性；EIecrodynamics 、Dow及LLNL等公司联合组成的V oltek公司开发出第一个用于驱动汽车的实际应用动力型V oltek A-2铝-空气电池[2]。 据悉，在Yang Shaohua等人研究的铝-空气电池中，回收反应产物的铝阳极的成本价格约为6元人民币每千克，在铝-空气电动汽车中总效率能够达到15%（为当时实验阶段的数据，后期可达到20%），比普通电动汽车13%的效率要高。其设计的电池能量密度为1300Wh/kg，并且有望达到2000Wh/kg。整个电池系统估价为30美元每千瓦，并在实际规模生产中可能降低到29美元每千瓦。而且作为电动车的推进动力，铝所含能量以单位重量计约为单位重量汽油的一半，以单位体积计约为汽油的3倍[15]。 表1-1 各种种阳极材料相关参数 阳极材料比能量负极电势电化学当量理论电压实际电压
含钼催化剂研究进展
含钼催化剂研究新进展 摘要含钼催化剂广泛用于多种化工生产过程，在含钼精细化学品的研究与开 发中占有重要地位。简要介绍了我国近年来一些含钼催化剂的研究进展和有关文献1前言 催化是现代十分重要的化工技术，据统计，发达国家近三分之一的国民经济总 产值来自催化技术。含钼催化剂在催化领域占有重要地位，广泛用于石油加工和化 工生产，如合成气制造、基本有机合成和精细化工产品等的的生产。因此，长期以 来国内外对含钼催化剂的创新和改进不断进行。这也引起我国钼业界的广泛关注， 逐渐成为我国钼深加工领域的一个新的发展方向。现仅就我国近年来含钼催化剂的 一些新进展作简要介绍。 2烷烃的化学加工催化剂 2.1烷烃芳构化催化剂 四烷无氧脱氢芳构化，为甲烷活化和转化的一个新的研究热点。王林胜等在1 993年首次报道一种以HZSM－5分子筛为载体的含钼催化剂使甲烷于无氧条件下高选择性地转化为苯。该催化剂是甲烷芳构化反应的典型催化剂。此后，对这种催化剂 的研究活跃。舒玉瑛等用机械混合、机械混合后焙烧、机械混合后微波处理等方法 制备这种催化剂，并考察了其对甲烷芳构化反应的催化性能。结果表明：机械混合 法、固相反应法和微波处理法制备的Mo/HZSM-5催化剂，比一般浸渍法能明显提高 芳烃的选择性和减少积碳生成；在不同制法的Mo/HZSM-5催化剂上，Mo物种落位不同，机械混合法、固相反应法和微波处理法能使Mo物种较多地落位于分子筛外表面 ，这对甲烷芳构化反应有利，并明显减少积碳的生成。 王军威等用浸渍法、机械混合法和水热法制备了Mo/HZSM-5催化剂，并考察了 钼含量和反应时间对丙烷芳构化反应的影响，深入研究了Mo物种对HZSM-5分子筛结构和酸性的作用。 最近，田丙伦等报道了对Mo/MCM-22催化剂用于甲烷无氧芳构化的研究结果。MCM－22为晶粒呈片状、含两种孔道结构的高硅沸石分子筛。同Mo/HZSM-5催化剂相比，Mo/MCM-22催化剂稳定性更好，苯产物的选择性较高 。用浸渍法制备的Mo担载量为6%的Mo/MCM-22催化剂性能最佳。此外，还研究了添加钴对Mo/MCM-22催化反应性能和催化剂积碳性质的影响。 2.2烷烃选择氧化催化剂 甲基丙烯酸（MAA）是重要的有机化工原料，当前主要用烯烃为原料生产。然而，饱和烃较烯烃来源广泛，更经济易得，故近年来由异丁烷氧化制MAA已成研究 与开发的新方向。采用一般热表面催化法由异丁烷选择氧化制取MAA主要存在的问 题是MAA选择性低，浓度反应产物（COx）高达40%。激光促进表面反应法是很有应用前景的光催化合成新技术。最近，陶跃武等分别采用在铋钼复合氧化物、钒钼复 合氧化物表面上激光促进异丁烷选择氧化制MAA，取得选择性达到90%和无COx产生的良好结果。
铝空气可行性电池探究设计
铝空气可行性电池探究设计 原电池工作原理及化学电源的相关知识是高中化学中十分重要的内容，这部分知识很好地体现了化学对实际生产、生活的重要价值，又是化学研究的热点。因此，探究设计各类高效电池是每位化学工作者常思考的问题。受原电池教学习题中一题目信息显示，有一种称为“软电池”的纸质电池，它采用一个薄纸片作为传导体。受此启发，笔者结合课本原电池的工作原理探究设计了几种铝空气高效电池。 标签：原电池原理；高效电池；铝空气电池；探究设计 近年高考实验题目主要以综合性探究实验为主，设置趣味电化学实验是近年高考的热点。但我们平时所演示的实验往往是固体和溶液反应或是气体与气体反应的燃料电池，设计以固体与固体为反应物且适合在课堂上演示的原电池不常见，以往演示实验取材往往是在实验室里。笔者设计实验时选用材料多数来源于生活中常见的物质，做到了废物利用。 笔者借鉴设计一般燃料电池的方法，探究、设计、制作了新颖且易于演示的铝空气电池，并检验了所设计电池的工作状况，效果很好。 一、实验仪器及试剂 铝皮、铝箔、活性炭粉、废旧电池、碳棒、枯木炭、铝皮易拉罐、饱和食盐水、纱布、滤纸等。 二、电池工作原理 负极反应：Al-3e-=Al3+ 正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应：4Al+3O2+6 H2O=4Al（OH）3 电极材料选择：负极铝皮或铝箔，正极活性炭。选活性炭的好处：活性炭疏松，能吸附大量的氧气，并且对铝与空气的反应有一定的催化作用。 三、电池的制作 1.包扎式电池的制作（层叠式电池） 包扎式电池由四层组成：先铺一层铝箔，作为电池的负极，在其上面铺一层比它稍大的滤纸，在滤纸上面铺一层活性炭粉，以吸附更多氧气，滴上饱和食盐水作电解质，最后再铺一层滤纸，这样就做好了一个电池。为了获得更高的输出
一体式再生燃料电池双效氧电极催化剂
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2013年第32卷第12期 ·2896·化 工 进 展 一体式再生燃料电池双效氧电极催化剂 张新荣，张建琴，朱荣杰，孙 毅，张 伟，刘 向 （上海空间电源研究所，上海 200233） 摘 要：对一体式可再生燃料电池双效氧电极催化剂进行研究，考察了析氧催化剂和贵金属Pt 黑组成的复合催化剂的双效性能以及催化剂配比和焙烧温度对性能的影响，用XRD 对催化剂的物相特性进行表征。结果表明：复合催化剂的燃料电池性能按以下顺序递减：Pt 黑＞Pt/Ru/Ir ＞Pt/Ru ＞Pt/IrO 2～Pt/Ir ＞Pt/RuO 2；水电解性能按以下顺序递减：Pt/IrO 2＞Pt/RuO 2＞Pt/Ir ＞Pt 黑。分析比较，Pt/IrO 2复合催化剂表现出良好的燃料电池/水电解双功能特性以及循环稳定性，具有最佳的URFC 能量转换效率。因此，Pt/IrO 2复合催化剂是最适宜的双效氧电极催化剂。一定温度范围内的焙烧处理对Pt/IrO 2催化剂燃料电池性能影响不大，而对水电解性能具有一定的影响，大电流密度运行，未焙烧处理的Pt/IrO 2催化剂表现出更好的水电解性能。 关键词：一体式可再生燃料电池；双效电催化剂；Pt/IrO 2复合催化剂 中图分类号：TM 911.4 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2013）12–2896–05 DOI ：10.3969/j.issn.1000-6613.2013.12.018 Bifunctional electrocatalyst of oxygen electrode for PEM unitized regenerative fuel cell ZHANG Xinrong ，ZHANG Jianqin ，ZHU Rongjie ，SUN Yi ，ZHANG Wei ，LIU Xiang （Shanghai Institute of Space Power Sources ，Shanghai 200233，China ） Abstract ：To find the highly-efficient bifunctional electrocatalyst of oxygen electrode of the PEM unitized regenerative fuel cell (URFC) system ，the performance of several bifunctional electrocatalysts for oxygen electrode including both fuel cell and water electrolysis in a single cell PEM URFC system was examined. Among the catalysts in the present study for oxygen electrode ，fuel cell performance decreased in the order of Pt black ＞Pt/Ru/Ir ＞Pt/Ru ＞Pt/IrO 2～Pt/Ir ＞Pt/RuO 2，whereas ，water electrolysis performance decreased in the order of Pt/IrO 2＞Pt/RuO 2＞Pt/Ir ＞Pt black ，showing significant performance improvement by addition of a second metal such as IrO 2 to Pt black. Consequently ，Pt/IrO 2 had the best URFC performance and cycling stability with high round-trip efficiency of the URFC system. Therefore ，Pt/IrO 2 was a promising oxygen electrode of the PEM URFC system. Calcination temperature had more influence on the performance of URFC in water electrolysis mode than that of URFC in fuel cell mode. Under water electrolysis mode ，the performance of electrocatalyst without calcination was higher than that of the calcined electrocatalysts when the current density was more than 600 mA/cm 2. Key words ： PEM URFC ；bifunctional oxygen electrocatalyst ；Pt/IrO 2 URFC 电极催化剂必须同时满足FC 和WE 的 双效功能，URFC 在FC/WE 循环运行过程中，水电 解产生的新生态氧对电极产生很强的腐蚀性，进而 影响催化剂的使用寿命，在实验过程中出现的技术收稿日期：2013-04-11；修改稿日期：2013-06-19。 基金项目：国家高技术研究发展计划项目（2007AA05Z130）。 第一作者及联系人：张新荣（1971—），女，博士，研究员，研究方向是再生燃料电池技术、水电解制氢技术、清洁能源及新型化学电源。 E-mail zhangxinronghit@https://www.360docs.net/doc/a813428603.html, 。
金属空气电池催化剂、空气电极及设备制作方法与设计方案
本技术公开了一种金属空气电池催化剂、空气电极及制备方法，包括富氧空缺钴氧化物、碳包覆的富氧空缺钴氧化物及载有所述催化剂空气电极的制备方法和应用。本技术实施例通过水热反应在集流体上直接生长催化剂，可以将催化剂与集流体稳固连接，省去了粘接剂的使用，降低空气电极内部电阻，减缓金属空气电池工作过程中的催化剂流失。相比于传统金属空气电池钴氧化物催化剂，本技术实施例中富氧空缺及碳包覆的富氧空缺钴氧化物具有较高的氧还原活性，采用所述催化剂制备的金属空气电池具有更高的峰值功率密度和充放电循环 寿命。
权利要求书 1.一种金属空气电池催化剂，其特征在于，催化剂为富氧空缺钴氧化物或碳包覆的富氧空缺钴氧化物，其中，所述钴氧化物为四氧化三钴、三氧化二钴、氧化钴中的一种或多种的混合物。 2.一种如权利要求1所述的金属空气电池催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 将硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，形成催化剂前体溶液； 将所述催化剂前体溶液置于水热反应釜中，以进行水热反应得到催化剂前驱体； 将所述催化剂前驱体进行煅烧得钴氧化物催化剂； 将所述钴氧化物催化剂置于氩气氛围进行等离子处理，得富氧空缺钴氧化物； 将所述富氧空缺钴氧化物浸于葡萄糖溶液，并在所述氩气氛围中煅烧得到碳包覆的富氧空缺钴氧化物。 3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将硝酸钴、氟化铵和尿素粉末溶解于去离子水，包括： 所述催化剂前体溶液配置的浓度为于每40mL去离子水中加入1-4mmol四水合硝酸钴或六水合硝酸钴粉末、5-20mmol尿素粉末、4-16mmol氟化铵粉末，充分溶解并均匀搅拌。 4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，水热反应条件为将所述水热反应釜置于110-130℃中保持6-12h。 5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，煅烧条件为在300-350℃空气或氧气氛围下保持1-3h。
氮化物作为催化剂的研究进展
氮化物作为催化剂的研究进展 内容摘要：近年来,被誉为“准铂催化剂”的过渡金属氮化物因其优良的催化活性已受到世界各国学者的广泛关注。大量的研究表明,过渡金属氮化物在氨的合成与分解、加氢精制等许多涉氢反应中都表现出良好的催化活性。过渡金属氮化物的制备方法有高温法和程序升温氮化法, 程序升温氮化法的显著优点是可以制备出高比表面积的金属氮化物。研究人员不仅对金属氮化物催化剂的制备方法进行了大量的研究,并且发现负载型金属氮化物具有负载量低、比表面积大等优点。因此, 金属氮化物的负载化研究正成为目前的研究热点。 关键词：过渡金属、氮化物、催化剂、结构、性能、工业 Nitride as a catalyst research progress Grade: grade 09 Applied Chemistry Specialty Name: Hong Huaiyong number: 122572009003 Abstract：In recent years, known as the" Platinum" transition metal nitride because of its excellent catalytic activity has been subjected to extensive concern of scholars all over the world. A large number of studies show that, transition metal nitride in ammonia synthesis and decomposition, hydrogenation and so many wading hydrogen reaction showed good catalytic activity. Preparation of transition metal nitride has high temperature method and temperature-programmed nitridation, temperature-programmed nitridation method has the advantages of preparation of high specific surface area of the metal nitride. The researchers not only on the metal nitride catalyst preparation method was studied, and found that the load type metal nitride having load low, large specific surface area and other advantages. Therefore, a metal nitride load research is becoming the research hotspot at present. Key word：Transition metal, nitride, catalyst, structure, performance, industry 引言 过渡金属氮化物是元素N插入到过渡金属晶格中所生成的一类金属间充型化合物，它兼具有共价化合物、离子晶体和过渡金属三种物质的性质，从而表现出优良的物理和化学性能。它作为一类具有很高硬度、良好热稳定性和抗腐蚀特性的新型功能材料，已经在各种耐高温、耐磨擦和耐化学腐蚀分机械领域得到应用。而且它在氨合成与分解、加氢脱硫／脱氮(HDS／HDN)、F-T合成等许多涉氢反应都具有优良的催化活性，不逊色于Pt和Rh等贵金属催化剂的性能，被誉为“准铂催化荆”。过渡金属氮化物作为一种有应用前景的新型加氢精制催化剂已引起人们的广泛关注，成为国际催化荆新材料领域的研究热点。本章概述了这一催化新材料的最新研究进展。 1．过渡金属氮化物的结构和电子特征 过渡金属氮化物是一种间充化合物，是由于氮原子填隙似的融进过渡金属的晶格中形成的，它们倾向于形成组成可在一定范围内变动的非计量间隙化合物。其固态化学特征类似于纯金属，具有简单的晶体结构特征。其中的金属原子形成
铝空气电池综述
铝空气电池综述 周荣灿 摘要：铝空气电池是实际比能量高达300~400Wh/kg且对环境非常友好的优秀电池；电池结构和使用的原材料可根据实际环境和要求而变动，具有很大的适应性；它既可用于陆上又可用于深海，既可用作动力电池，又是长寿命高比能的信号电池。 关键词：铝电池；空气电池； Aluminum air battery Abstract：Aluminum/air(oxygen)fuel cell is one of long-life and high energy density batteries with actual specific energy reached 300-400 Wh/kg, and may be environment. Its structure and materials to be used may be determined according to the demand of users, having excellent adaptability. This batteries may operate not only on land but also in sub-sea, and be used as power source or signal battery. Key words: Aluminum battery; Air battery; 引言 人类社会的快速发展和人口的迅速增长以及对石化资源的大量利用，造成温室效应、大气污染和酸雨等环境恶化。这迫使人们在选择能源时，会优先于资源丰富、对环境友好的能源。铝是地壳中含量最多的金属元素，具有来源广、能量密度较高、无毒性、存放稳定等优点。自20世纪40年代起受到人们的关注，在多个领域有所利用，尤其是电池领域。 什么是铝空气电池 铝空气电池是以铝合金为负极、空气电极为正极、中性水溶液或碱性水溶液为电解质构成的一种新型高能量化学电源，属于半燃料电池。该电池具有能量密度大、质量轻、材料来源丰富、无污染、可靠性高、寿命长、使用安全等优点。最早于20世纪60 年代由美国的Zaromb证明了其技术的可行性；铝空气电池的特点 A. 比能量高，电池理论比能量可达2290wh / kg，目前实际上已经达到300 ~ 400wh / kg。这一数值远高于当今各种电池的比能量。虽然 2 /SOCl Li电池的比能量与此相当，但其安全性不好，这使它无法用于动力电池。 B. 比功率中等，达到50 ~ 200w / kg，这一特性显然是由氧电极所决定的。因为氧电极的工作电位远离其热力学平衡电位。其交换电流密度很小，电池放电时极化很大。氢氧燃料电池的比功率不高，其原因也在于此。 C. 使用寿命达到3 ~ 4 年。这也取决于氧电极的工作寿命，因为铝电极是可以不断更换的。 D. 无毒、无有害气体，不污染环境。电池 反应消耗铝、氧和水，生成 3 ) (OH Al。后者是当今用于污水处理的优异沉淀剂。 E. 可设计成电解液循环和不循环两种结构形式，便于因使用场合不同而进行设计。
聚丙烯催化剂研发进展及发展趋势
聚丙烯催化剂研发进展及发展趋势（一） 自20世纪50年代Ziegler-Natta(Z-N)催化剂问世以来，聚丙烯催化剂经过不断 改进得到了很大的发展，目前已经从需要脱灰、脱无规物的第一代催化剂发展到高活性、高立构规整性的高效第五代催化剂。催化剂的活性已由最初的几十倍提高到几百万倍，聚丙烯等规指数已达98%以上，生产工艺得到了简化。目前，催化剂仍是推动聚丙烯技术发展的主要动力，Z-N催化剂和单活性中心催化剂都将继续发展。Z-N催化剂将在高活性、高定向性的基础上向系列化、高性能化发展，不断开发性能更好的新产品；茂金属和非茂单活性中心催化剂(SSC)在聚丙烯领域的应用得到深入发展，其发展目标是进一步实现技术的工业化和启动需求量较大的通用产品市场。 1 Ziegler-Natta催化剂 目前，世界上PP生产所用的大多数催化剂仍是基于Ziegler-Natta(Z-N)催化体 系，即TiCl 3 沉积于高比表面和结合Lewis碱的MgCl 2 结晶载体上，助催化剂是 Al(C 2 H 5 ) 2 Cl等烷基铝类化合物，其特点是高活性（通常在50kgPP/g催化剂左右）、 高立构规整性、长寿命和产品结构的稳定性好。20世纪90年代以来，美国、西欧和日本等世界主要的PP生产商研究开发工作的重点主要集中于该类催化剂体系的改进上。 早在第一代Z-N催化剂出现后，人们就发现添加第三组分（多为给电子体，又称 为Lewis碱）对烯烃聚合行为和聚合物性能都会产生很大的影响。只有改变催化剂中的给电子体（分为内给电子体和外给电子体两类），才能最大可能地改变催化剂活性中心的性质，从而最大程度地改变催化剂的性能。因此，新型给电子体的开发一直是5开发的热点。 1.1内给电子体 目前，内给电子体主要有1，3-二酮、异氰酸酯、1，3-二醚、烷氧基酮、烷氧基 酯、丙二酸酯、琥珀酸酯、1，3-二醇酯、戊二酸酯、邻苯二甲酸高级酯、卡宾类化合物以及环烷二元酸酯等，其中使用最多的是1，3-二醚、琥珀酸酯和1，3-二醇酯类。 （1）以1,3-二醚类化合物为内给电子体的催化剂。1,3-二醚类化合物内给 电子体是由Basell公司开发的。以1,3-二醚类化合物为内给电子体的丙烯聚合 催化剂具有高活性、高氢调敏感性及窄相对分子质量分布等特点，并且在聚合过程中不加入外给电子体时仍可以得到高等规度的PP。在较高温度和较高压力下，用该类催化剂可使丙烯抗冲共聚物中的均聚PP基体具有较高的等规度，提高了结晶度。即使熔体流动指数很高时，PP的刚性也很好，非常适合用作洗衣机内桶专用料。目前，Basell公司已经开发了一系列基于二醚类内给电子体的催化剂，据称催化剂的活性超过100 kg/g(以每克催化剂生产的聚合物的质量计)，聚合物的等规指数大于99%。
金属催化剂的研究进展
金属催化剂的研究进展 1前言 催化技术作为现代化学工业的基础，正日益广泛和深入地渗透于石油炼制、化学、高分子材料、医药等工业以及环境保护产业中，起着举足轻重的作用。长期以来，工业上使用的传统催化剂往往存在着活性低、选择性差等缺点，同时常需要高温、高压等苛刻的反应条件，且能耗大，效率低，不少还对环境造成污染。为此人们在不断努力探索和研究新的高效的环境友好的绿色催化剂[1]。本文重点讲解金属催化剂的作用机理，以及金属催化剂在甲醇气相羰基化合成碳酸二甲酯的应用、茂金属催化剂的应用以及金属催化剂在乙烯环氧化合成环氧乙烷的应用。 2金属催化剂的作用机理 2.1 金属催化剂的吸附作用 众所周知，吸附是非均相催化过程中重要的环节，过渡金属能吸附O2、C2H4、C2H2、CO、H2、CO2、N2等气体，强化学吸附能力与过渡金属的特性有关，是因为过渡金属最外层电子层中都具有d空轨道或不成对d电子，容易与气体分子形成化学吸附键，吸附活化能较小，能吸附大部分气体，需主要的是d轨道半充满或者全充满，较稳定，不易与气体分子形成化学吸附键。由此可知，过渡金属的外层电子结构和d轨道对气体的化学吸附起决定作用，有空穴的d轨道的金属对气体有较强的化学吸附能力，而没有d轨道的金属对气体几乎没有化学吸附能力，由多相催化理论，不能与反应物气体分子形成化学吸附的金属不能作催化剂的活性组分。 催化反应中，金属催化剂先吸附一种或多种反应物分子，从而使后者能够在金属表面上发生化学反应，金属催化剂对某一种反应活性的高低与反应物吸附在催化剂表面后生成的中间物的相对稳定性有关，一般情况下，处于中等强度的化学吸附态的分子会有最大的催化活性，因为太弱的吸附使反应物分子的化学键不能松弛或断裂，不易参与反应；而太强的吸附则会生成稳定的中间化合物将催化剂表面覆盖而不利于脱附[2]。 2.2 金属-载体间的相互作用 我们课题组研究的是甲醇气相氧化羰基化合成碳酸二甲酯，使用的是负载型
新型锌-空气电池阴极催化剂
望道学者结题报告
新型锌-空气电池阴极催化剂 的制备和研究
张萍 复旦大学化学系 指导老师：江志裕教授
摘要：为了改善锌-空气电池空气电极的电催化性能，提高电池的放电电流密度， 采用改进的无定形柠檬酸配合物前躯体法（IACP） ，合成了尖晶石型 LiMn2O4 电催 化剂。用该电催化剂制备成空气扩散电极，通过稳态电流-电压极化曲线，研究 了电催化剂的催化性能，并与 Pt/C 的电催化性能作了对比。分析结果表明， LiMn2O4 的电催化性能虽不及 Pt/C，但差距不大，凭借其低廉的成本和广泛的来 源，有望替代 Pt/C 应用于商业领域；用炭黑吸收溶剂所合成的 LiMn2O4 具有最好 的电催化活性；空气催化电极的防水透气层中，当 PTFE 的含量为 30%，空气电 极具有最好的催化活性。 关键词：锌-空气电池；阴极催化剂；LiMn2O4；IACP
1. 前言
锌-空气电池是当前电池领域中的最新科技,被称为是“面向21 世纪的绿色 能源”。此类电池具有容量大、比能量高、成本低、放电稳定等优点，是一种具 有巨大市场前景的电源[1]。锌-空气电池有如下一些显著的优点[2]： 1） 、容量大。由于空气电极的活性物质氧来自周围的空气，随时可取，材料 无需占用电池的空间，更无需材料成本，在相同体积、重量的情况下，锌空气电 池就储存了更多的反应原料，因此与普通的电池相比，它的容量就会高出很多。 2） 、能量密度高。锌-空气电池的正极活性物质来源于空气中的氧气，其正极 是一种透气、不透液、能导电、有催化活性的薄膜，它在整个电池中所占的比例 很小，余下的空间可以用来充填阳极材料。因此在现有的小型电池系统中具有最
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铝空气电池研究现状与发展趋势
铝空气电池研究现状与发展趋势 铝空气燃料电池的理论比能量可达8100Wh/kg，具有成本低、比能量密度和比功率密度高等优点。作为一种特殊的燃料电池，铝空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。 金属空气电池概述 锂离子电池拥有较高的比能量，是目前研究较成熟且已经大规模商用的二次电池，但是近几年来，面对移动电子设备和电动汽车等领域的巨大发展，锂离子电池已难于满足其大容量的需求，特别是对能源依赖性很强的动力电池体系。因此，拥有比锂离子电池比容量大几倍的金属空气电池应运而生，比如锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池等。 由于这类电池的正极活性物质主要来源于空气中的氧气，理论上的正极活性物质的量是无限的，所以电池理论容量主要取决于负极金属的量，这类电池拥有更大的比容量。 其中，铝空气燃料电池的理论比能量可达8100Wh/kg，具有成本低、比能量密度和比功率密度高等优点。作为一种特殊的燃料电池，铝空气电池在军事、民用、以及水底动力系统、电信系统后备动力源和便携式电源等应用方面具有巨大的商业潜力。 铝空气电池结构和原理 从现有的研究成果和电池特性来分析，铝空气电池具有如下特点：
（1）比能量高。铝空气电池是一种新型高比能电池，理论比能量可达到8100Wh/kg 目前研发的产品已经能达到300-400Wh/kg，远高于当今各类电池的比能量。 （2）比功率中等。由于空气电极的工作电位远离其热力学平衡电位，其交换电流密度很小，电池放电时极化很大，导致电池的比功率只能达到50-200W/kg。 （3）使用寿命长。铝电极可以不断更换，因此铝空气电池寿命的长短取决于空气电极的工作寿命。 （4）无毒、无有害气体产生。电池电化学反应消耗铝、氧气和水，生成Al2O3˙nH2O，可用于干燥吸附剂和催化剂载体、研磨抛光磨料、陶瓷及污水处理的优良沉淀剂等。 （5）适应性强。电池结构和使用的原材料可根据实用环境和要求而变动，具有很强的适应性。 （6）电池负极原料铝廉价易得。相比于其他的金属，金属铝的价格比较低，金属阳极的制造工艺比较简单。 铝阳极（负极） 铝（Al）是一种理想的电极材料，金属铝的理论能量密度为8.2W˙h/g，在常见金属中，仅次于锂的13.3W˙h/g，电极电位较负，是除金属锂以外质量比能量最高的轻金属电池材料。铝空气电池的质量比能量实际可以达到450Wh/kg，比功率达到50~200W/kg。具有理论容量高、消耗率低、质量轻、电位负、资源丰富及易于加工等优点，得到广泛研究。 但是由于铝是一种很活泼的两性金属，目前铝阳极的发展还受到以下几个问题的影响。 （1）铝表面有一层钝化膜，影响了铝的电化学活性。 （2）铝是一种两性金属元素，这就决定了它在强碱性环境下易析氢腐蚀，影响电极电位，产物浮着在电解液中影响整个电化学反应的进行。 （3）空气电池独特的半开放的体系，使空气电极容易受到外界湿度的影响，发生铝阳极的“淹没”或“干涸”，甚至“爬碱”或“漏液”，现象从而对整个空气电池的结构造成破坏。为了解决上述问题，国内外学者从以下三个方面进行了研究： 1、铝阳极合金化 工业级铝（99.0%）含有较多的杂质，如铁（0.5%）、硅、铜、锰、镁和锌等，会使相界面处铝的析氢腐蚀加剧，特别是铁会与铝形成局部原电池，导致电化学腐蚀成倍增加。可向铝中加入既能提高化学活性、又可提高耐腐蚀性的合金成分。
分子筛催化剂的发展及研究进展
分子筛催化剂的发展及研究进展 摘要：分子筛是一种具有特定空间结构的新型催化剂，具有活性高、选择性好、稳定性和抗毒能力强等优点，因此，近几十年来它作为一种化工新材料发展的很快，应用也日益广泛。特别是在石油的炼制和石油化工方面作为工业催化剂发挥了很重要的作用。本文介绍了几种常见的分子筛及应用前景，并对分子筛的性能做了详尽的概述［1］。 关键词：分子筛；催化剂；应用；性能 Development and research of the molecular sieve catalyst Abstract：Zeolite is a new catalyst with specific spatial structure, with high activity, good selectivity, advantages, stability and antitoxic ability etc. Therefore, in recent decades, as a kind of new material chemical development soon, have been widely applied in. Especially as industrial catalysts in refining and petrochemical petroleum plays a very important role. This paper introduces the composition and application of molecular sieve, and the properties of molecular sieves as described in detail. Key words：Molecular sieve；catalyst；application；performance 1.分子筛的发展现状 所谓分子筛催化剂，就是将气体或液体混合物分子按照不同的分子特性彼此分离开的一类物质，实际上是一些具有实际工业价值且具有分子筛作用的沸石分子筛，构成沸石分子筛基本结构特征主要是硅氧四面体和铝氧四面体，这些四面体交错排列形成空间网状结构，存在大量空穴，在这些空穴内分布着可移动的水分和阳离子。基本组成物质为：Na2O、Al2O3、SiO2。上世纪50年代末发现小分子的催化反应可以在分子筛的孔道中进行，才使得这种材料得以迅速的发展。美国的多家公司，具有代表的是Linder公司、Exxon公司、联合碳化公司（UCC ）模拟天然沸石的类型与生成条件，开发了一系列低硅铝和中硅铝的人工合成沸石。 上世纪60年代左右，上海试剂五厂开展沸石分子筛的研制开发工作，合成出A型、X型、Y型沸石分子筛。上世纪80年代，金陵石化有限公司炼油厂首次工业化生产ZSM－5沸石分子筛。已有南开大学、北京石科院、兰化炼油厂等单位纷纷开展ZSM －5沸石分子筛的开发生产，并将其广泛应用催化裂解、辛烷值助剂、柴油、润滑油降凝、芳烃烷基化、异构化及精细化工等领域。 近几年来市场对各类分子筛催化剂的需求不断增加，国内合成分子筛的规模也在不断扩大。中科院大连物化所自上世纪80年代以来开展沸石分子筛的合成及改性研究工作，开发出二甲醚裂解制低碳烯烃催化剂。已完成中试放大实验，据称，该研究所采用改性SAPO－34分子筛催化剂可使二甲醚单程转化率大于97%,低碳烯烃选择性达90%。1988年首次合成了具有十八环的VPI－5分子筛，孔径达1.3nm，实现了大孔分子筛的合成。上海骜芊科贸发展有限公司生产经营ZSM－5高硅沸石分子筛结晶粉体、疏水晶态ZSM－5吸附剂等系列分子筛。南开大学催化剂厂主要生产了NFK－5分子筛(直接法合成ZSM－5分子筛)、Beta分子筛、Y型分子筛以及以其为载体的获得国家级发明奖的各类催化剂。 2.分子筛的性能 一切固体物质的表面都有吸附作用，只有多孔物质或表面积很大的物质，才有明显的吸附效应，才是良好的吸附剂。常用的固体吸附剂活性炭、硅胶，活性氧化铝和分子筛等都有很大的表面积。其中沸石分子筛在吸附分离方面有十分重要的地位，它除了有很高的吸附量外，还有独特的选择性吸附性能。这是由于它具有规整的微孔结构，这些均匀排列的孔道和尺寸固定的孔径，决定了能进入沸石分子筛内部的分子的大小。
合成甲醇催化剂研究进展
化学反应工程论文 合成甲醇催化剂的研究进展 摘要：了解甲醇工业的发展现状及前景。从催化剂组成、种类、各组分功能及失活方式对甲醇催化剂进行探究，同时探索甲醇合成的新方法和新工艺，并对甲醇合成催化剂的动力学研究进行总结。 关键词：甲醇合成、催化剂种类、失活、三相床、生物质秸秆、动力学 1.1甲醇工业发展现状 能源问题已经成为制约我国国民经济发展的战略问题。从国家安全角度看，能源资源的稳定供应始终是一个国家特别是依赖进口的国家关注的重点，是国家安全的核心内容。随着中国工业化、城市化进程的加快以及居民消费结构的升级，石油、天然气等清洁高效能源在未来中国能源消费结构中将会占据越来越重要的地位。目前中国石油消费严重依赖进口，石油资源已经和国家安全紧密联系起来，并成为中国能源安全战略的核心o 在我国能源探明储量中，煤炭占94％，石油占5．4％，天然气占0．6％，这种“富煤贫油少气”的能源结构特点，决定了我国能源生产与消费以煤为主的格局将长期占主导地位。国民经济的持续发展，对能源产品尤其是清洁能源的需求持续增长。结合我国以煤为主的能源结构现状，大力发展煤基能源化工成为我国解决能源问题的主要途径。以煤气化为核心的多联产系统则是针对我国面临的能源需求增长、液体燃料短缺、环境污染严重等一系列问题，提出的一条解决我国能源领域可持续发展的重要途径煤经气化后成为合成气，净化以后可用于生产化工原料、液体燃料(合成油、甲醇、二甲醚)和电力。多联产系统所生产的液体燃料，尤其是甲醇和二甲醚可作为煤基车用替代燃料，可以部分缓解我国石油的短缺。同时，甲醇还可以用来生产烯烃和丙烯，以煤化工产品“替代”一部分传统的石油化工产品，对减少石油的消耗量具有重要意义。 甲醇是一种重要的化工原料，又是一种潜在的车用燃料和燃料电池的燃料，因此合成甲醇的研究和探索在国际上一直受到重视。特别是近年来，随着能源危机的出现、C1化学的兴起，作为C1化学重要物质的甲醇，它的应用得到不断的开发，用量猛增，甲醇工业得到了迅猛发展，在世界基础有机化工原料中，甲醇用量仅次于乙烯、丙烯和苯，居第四位。 1.2甲醇发展前景 甲醇作为一种基础化工原料，在化工、医药、轻纺等领域有着广泛的用途。主要用于制造甲醛、氯甲烷、醋酸、甲胺、甲基丙烯酸甲酯、甲酸甲酯(MF)、二甲醚(DME)、碳酸二甲酯(DMC)、对苯二甲酸二甲酯(DMT)、甲基叔丁基醚(MTBE)等一系列有机化工产品。随着甲醇深加工产品的不断增加和化学应用领域的不断开拓，甲醇在许多领域有着广阔的应用前景：
氧电极催化材料的研究现状
电源技术 鳙■ 纷０籼舀…ｇ，∥９多ｋ舻舅≈州¨ 氧电极催化材料的研究现状 魏子栋?，李莉，．李兰兰ｔ，唐致远：，郭鹤桐ｚ （１．重庆大学化学化Ｔ学院，重庆４０００４４；２天津大学化学化工学院，天津３０００７２） 摘要：主要综述了近几年燃料电池、金属．空气电池中氧还原反应（ＯＲＲ）催化剂的发展状况，包括发展成熟的贵金属墁合盒；过渡金属复台氧化物、简单氧化物；过渡金属大环化合物以及双功能电催化剂研究现状。着重阐述了氧气在这世催化剂Ｌ的电化学还原机理，催化剂结构对ＯＲＲ的影响。在贵金属及台金催化剂中，较详细地介绍了Ｐｔ－Ｍ合金催化剂中各种过渡金属Ｍ提高合金催化性能的理论机理．如“锚定效应”等；在过渡金属复合氧化物催化剂中，探讨了掺杂离子的变价作用增加氧气的活性吸附位、提高ＯＲＲ速率的机理。 关键词：氧电极；电化学催化；氧还原反应；空气电极；燃料电池；金属一空气电池 中图分类号：ＴＭ９１Ｉ文献标识码：Ａ文章编号：１００２．０８７Ｘ（２００４）０２．０１１６－０５ Ｓｔａｔｅ—ｏｆ－ａｒｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｏｘｙｇｅｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ＷＥＩ Ｚｉ?ｄｏｎｇ１，ＬＩＬｉｌ，ＬＩＬａｎ－ｌａｎ１，ＴＡＮＧＺｈｉ－ｙｕａｎ２，ＧＵＯＨｅ－ｔｏｎｇ２ ｒ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｒｄｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ； ２ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃＭＥｎ＃ｎｅｅｔｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈ＆ａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｅｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｓｕｃｈａｓｍｅｔａｌｓ，ｍｅｔａｌａｌｌｏｙｓ，ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓ，ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｍａｃｒｏｃｙｃｌｅｅｔｏ，ｆｏｒｏｘｙｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ（ＯＲＲ）ｉｎｆｏｅｌｃｅｌｌｓａｎｄｍｅｔａｌ．ａ订ｂａｔｔｅｒｉｅｓｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄＥｍｐｈａｓｉｓｗａｓｇｉｖｅｎｔｏｔｈｅｍｅｅｈａｎｉｓｍｏｆＯＲＲｏｒｌｔｈｅｓｅｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓＴｈｅｉｎｆｌｎｅｎｃｅｏｆｃａｔａｌｙｓｔｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ０ｎｔｈｅｃａｔａｌｙｓｉｓｏｆ０ＲＲｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ Ｔｈｅｍｌｅｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｉｎｐｌａｔｉｎｕｍ－ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｂｉｎａｒｙａｌｌｏｙｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄＴｈｅａｎｃｈｏｒｅｆｆｅｃｔｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｓｔｏｐｌａｔｉｎｕｍＯｉｌｃａｔａｌｙｓｔｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｃａｒｂｏｎ，ｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｃａｔａｌｙｓｉｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔｓｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｐｌａｔｉｎｕｍａｌｏｎｅＴｈｅｅｎｈａｎｃｅｄｅｆ『ｅｃｔｏｆｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｍｅｔａｌｄｏｐｅ ｉｎｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｃａｔａｌｙｓｔｓｗａｓａｓｃｒｉｂｅｄｔｏｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｉｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔａｔｅａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｉｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｓｉｔｅｓｆｏｒｏｘｙｇｅｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｉｆｏｎｃｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｉｅ，ｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｂｏｔｈｏｘｙｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｏｘｙｇｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎ．ｗｅｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｘｙｇｅｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；ｅｌｅｅｔｒｏｅａｔａｌｙｓｉｓ；ｏｘｙｇｅｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎ；ａｉｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ；ｆｕｅｌｃｅｌｌｓ；ｍｅｔａｌ。ａｉｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ 空气电极是燃料电池与金属，空气电池中的阴极，在控制电池性能疗商有很重要的作用。燃料电池与金属一空气电池由于具有清洁、高效、口，连续大功率放电的特殊性能而受到人们广泛的关注。对Ｈ：．Ｏ：燃料电池，即使在电流密度高达２Ａ／ｃｍ２，氧电极的过电位也不会超过５０ｍＶ。而Ｏ：电极即使往小电流密度下，过电位也达３００＂－－４００ｍｖ。同样地。空气电极也是金属一空气电池中决定其性能优劣的关键因素。 在寻求高效的催化性与低廉的氧还原反应（ＯＲＲ）的催化制中．人们除开发出先进的贵金属及合金催化剂制造技术９１、，还１ｊ１：发ｒ火鞋的辟｛于ＯＲＲ的过渡金属复合氧化物（尖晶百型、钙铁矿型、烧绿石型等），以及过渡金属大环化合物。本文主要综述了近几年各种催化剂上ＯＲＲ的催化机理。 收稿日期：２００３．０３．２２ 基金项目：ｌ司蒙自然科学基金（１９９７６０４７，２０１７６０６６）；教育部留学ｌ¨｜Ｈ堆簸（教外剐２００２－２４７）；重庆市应埔基础研究基金（［２００２］１６）作者简介：魏子栋【１９６３），男，甘肃省人，教授，博士生导师．二￡蚤研究方向为电化学科学与艘化。 Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＷＥＩＺｉ－ｄｏｎｇ（１９６３一），ｍａｌｅ．ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ１ＯＲＲ的机理 氧气还原是氧分子在电极表面的吸附分解，其中包括了氧气的扩散与氧气的化学吸附分解过程。氧气电催化还原历程基本上可分为两大类：“二电子反应途径”和“四电子反应途径”。用ｗｒｏｂｌｏｗａ［１１方法表示如下（０２ｍ表示溶液中溶解氧；０：。幽表示电极上吸附氧；Ｄｉｆｆ为扩散；ｋ为反应速度常数）： （１）经过Ｈ：Ｏ：中间态（ｋ．＝ｏ）的为２ｅ途径，即氧气吸附后，Ｏ—Ｏ键不断裂，形成Ｈ２０：后断裂； （２）没有产生Ｈ２０：中间物（ｋ：暑ｏ），氧分子得到四个电子直接还原成水．为４ｅ途径。 对于没有催化剂催化下的０２还原，Ａｎｄｅｒｓｏｎ等人提出了 万方数据