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电化学氧还原反应合成H_(2)O_(2)碳基催化剂研究进展 被引量:3
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作者 何峰 张静静 +2 位作者 陈奕君 张建 王得丽 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1963-1976,共14页
电化学氧还原反应(ORR)合成H_(2)O_(2)是一种低成本、无污染的绿色合成方法。但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性。近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、... 电化学氧还原反应(ORR)合成H_(2)O_(2)是一种低成本、无污染的绿色合成方法。但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性。近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、调控方法多样,被广泛应用于该领域。本文首先简要介绍了电催化ORR合成H_(2)O_(2)的机理,并根据机理分析了影响电化学合成H_(2)O_(2)催化性能的关键因素。接着阐述了提升碳基ORR催化剂活性与二电子选择性的策略,并着重介绍了非金属原子掺杂碳材料和过渡金属氮碳材料。最后,总结了碳基催化剂在电化学合成H_(2)O_(2)中存在的问题和面临的挑战,对碳基催化剂在电合成H_(2)O_(2)中应用的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 电化学合成 2电子氧还原反应 过氧化氢 掺杂碳材料 过渡金属碳催化剂
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铁氮掺杂活性炭载体增强碳载铂基催化剂氧还原反应稳定性 被引量:2
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作者 李茂辉 杨智 +3 位作者 潘廷仙 同鑫 胡长刚 田娟 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期132-138,共7页
修饰和改良载体是改善质子交换膜燃料电池阴极铂基催化剂性能的主要途径。以铁氮(FeN)掺杂活性炭(Black Pearl 2000,BP)为载体,获得负载型铂基催化剂。使用电化学方法对催化剂的氧还原反应活性以及稳定性进行测试,采用X射线衍射仪、比... 修饰和改良载体是改善质子交换膜燃料电池阴极铂基催化剂性能的主要途径。以铁氮(FeN)掺杂活性炭(Black Pearl 2000,BP)为载体,获得负载型铂基催化剂。使用电化学方法对催化剂的氧还原反应活性以及稳定性进行测试,采用X射线衍射仪、比表面积和孔径分布测试、透射电子显微镜、X射线光电子能谱等分析手段对载体及催化剂结构进行表征。结果表明:Pt/FeN-BP催化剂与商业Pt/C催化剂的起始电位均为0.94 V,具有相当的氧还原反应初始活性;老化测试后,Pt/FeN-BP催化剂与商业Pt/C催化剂的起始电位损失分别约为10,30 mV,半波电位损失分别约为5,60 mV,Pt/FeN-BP催化剂的稳定性明显优于商业Pt/C催化剂。这是因为,铁氮掺杂碳载体具有适中的比表面积和孔径大小,Pt颗粒在载体上以小粒径的状态存在且老化测试后Pt颗粒无团聚现象,以及载体与Pt颗粒之间可能存在一定的相互作用。 展开更多
关键词 还原反应 铂基催化剂 掺杂活性炭 活性 稳定性 电化学
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非金属电催化剂环境条件下氮还原反应的研究进展 被引量:7
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作者 许桐 马奔原 +7 位作者 梁杰 岳鲁超 刘倩 李廷帅 赵海涛 罗永岚 卢思宇 孙旭平 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第7期103-123,共21页
在现代社会中氨是一种重要的工业原料,广泛应用于化工业、塑料制造,炸药以及染料等行业。由于氨气中不含碳,氢容量大、能量密度高且易于运输,已经被视为一种绿色能源替代品。Haber-Bosch方法在全球合成氨中起着主导作用,但其过程在高温... 在现代社会中氨是一种重要的工业原料,广泛应用于化工业、塑料制造,炸药以及染料等行业。由于氨气中不含碳,氢容量大、能量密度高且易于运输,已经被视为一种绿色能源替代品。Haber-Bosch方法在全球合成氨中起着主导作用,但其过程在高温高压条件下进行,且伴随着高能耗和CO_(2)排放的问题。电催化氮还原反应(NRR)有望成为常规条件下低成本且环境无害的替代方法,且具有太阳能、风能和其他可再生能源相同的应用潜力。然而,由于惰性的N≡N键,它需要有效的电催化剂来驱动氮气-氨气的转化。迄今为止,人们一直在努力探索高性能催化剂,以实现高效率和选择性。通常,贵金属催化剂具有较高的NRR效率,但是稀缺性和高成本限制了它们的大规模应用。因此,人们将注意力集中在丰富的过渡金属(TM)催化剂上,该催化剂可以通过空的轨道接受氮气分子的孤对电子,同时提供丰富的d-轨道电子进入氮气的反键轨道。然而,这些催化剂可能释放金属离子,导致环境污染,并且大多数金属电催化剂也可能促进金属与氢成键,从而在电催化反应过程中促进了析氢反应(HER)。近年来,非金属催化剂已经成为一个研究热点。非金属催化剂主要包括碳基催化剂(CBC)以及一些硼基和磷基催化剂。通常,碳基催化剂具有多孔结构和较大的表面积,这有利于暴露更多的活性位点,并为质子和电子的传递提供了丰富的通道。本文总结了近期非金属电催化剂(MFCs)在电化学NRR中的设计和发展状况,包括碳基、硼基和磷基催化剂。此外,大多数非金属化合物的路易斯酸位也可以接受氮气的孤对电子并通过形成非金属和氮成键来吸附氮气分子,从而进一步扩大了它们在电催化NRR中的潜力。与金属基催化剂相比,非金属催化剂的占据轨道只能形成共价键或共轭π键,从而阻碍了电子从催化剂到氮气分子的转移以及分子的活化。我们重点讨论了掺杂型催化剂(N,O,S,B,P,F掺杂以及共掺杂)、有机聚合物、氮化碳及缺陷和表面修饰催化剂。最后,我们还讨论了提高NRR性能的方法,展望了非金属电催化剂的发展前景。 展开更多
关键词 电化学 非金属催化剂 环境条件 还原反应 氨合成
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固酶氮掺杂碳纳米复合物基燃料电池性能 被引量:5
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作者 库里松.哈衣尔别克 赵淑贤 +1 位作者 杨阳 曾涵 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1715-1726,共12页
利用掺杂氮介孔材料(NDMPC)和羧甲基壳聚糖(CMCH)机械共混的纳米复合物作为固酶载体,以滴涂-干燥法分别制备了固定漆酶(Lac)阴极和固定葡萄糖氧化酶阳极,组装了有Nafion离子交换膜的葡萄糖/O2酶燃料电池.固定漆酶电极作为燃料电池阴极... 利用掺杂氮介孔材料(NDMPC)和羧甲基壳聚糖(CMCH)机械共混的纳米复合物作为固酶载体,以滴涂-干燥法分别制备了固定漆酶(Lac)阴极和固定葡萄糖氧化酶阳极,组装了有Nafion离子交换膜的葡萄糖/O2酶燃料电池.固定漆酶电极作为燃料电池阴极和氧电化学传感器的性能以结合旋转圆盘电极技术的循环伏安法、线性扫描伏安(LSV)法以及计时电流法进行表征,同时使用紫外-可见分光光度法和石墨炉原子吸收光谱法研究酶分子在电极表面的构型和估算电极表面载体对酶的担载量.测试结果表明:固酶阴极在无电子中介体时可以实现漆酶活性中心T1与导电基体之间的直接电子迁移(表观电子迁移速率为0.013 s–1),而且具有较小的氧还原超电势(150 m V).通过进一步定量比较分子内电子传递速率(1000 s–1)、底物转化速率(0.023 s–1)以及前述酶-导电基体间电子迁移速率,可以发现此电极催化氧还原循环受制于酶-电极之间的电子迁移过程;这种电极对氧的传感性能良好:低检测限(0.04μmol dm–3)、高灵敏度(12.1μAμmol–1 dm3)和良好的对氧亲和力(KM=8.2μmol dm–3),这种固酶阴极还具有良好的重现性、长期使用性、热稳定性和pH耐受性.组装的生物燃料电池的开路电压为0.38 V,最大能量输出密度为19.2μW cm–2,最佳工作条件下使用3周后输出功率密度仍可保持初始值的60%以上. 展开更多
关键词 漆酶 掺杂介孔碳材料 羧甲基壳聚糖 直接电子迁移 还原反应 电化学传感器 生物燃料电池
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氧空位Co_(3)O_(4)纳米线阵列的制备及其高效电催化合成氨 被引量:4
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作者 曹茂启 吴大旺 +3 位作者 向丁玎 罗小虎 代虹镜 龙成梅 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第12期1114-1120,共7页
室温下的电化学氮还原反应(NRR)为合成氨提供了一条温和的途径。然而,常温常压下电化学NRR的活性和选择性较差。过渡金属氧化物上的氧空位可以为N;分子的吸附和活化提供独特的活性位点。制备了一种氧空位Co_(3)O_(4)(V-Co_(3)O_(4))纳... 室温下的电化学氮还原反应(NRR)为合成氨提供了一条温和的途径。然而,常温常压下电化学NRR的活性和选择性较差。过渡金属氧化物上的氧空位可以为N;分子的吸附和活化提供独特的活性位点。制备了一种氧空位Co_(3)O_(4)(V-Co_(3)O_(4))纳米线阵列。喇曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)测试显示氧空位可以稳定地存在于V-Co_(3)O_(4)纳米线阵列上。电化学测试表明,V-Co_(3)O_(4)具有高效的电化学氮还原反应活性和选择性。在工作电极上施加-0.3 V时,氨的产量高达10.9μg·h;·cm^(-2),法拉第效率为6.3%。这种低成本的过渡金属氧化物是有前途的固氮催化剂之一。 展开更多
关键词 纳米线阵列 Co_(3)O_(4)氧空位 电化学还原反应(nrr) 电催化合成
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