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快速微波法制备掺氮石墨烯用于碱性氧还原电催化剂(英文)

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催化学报 2014年第4期35卷 509-513页

作者：汪忠伟黎波辛宇尘刘建国姚颖方邹志刚南京大学材料科学与工程系环境材料与再生能源研究中心固体微结构物理国家重点实验室江苏南京210093 南京大学昆山创新研究院江苏苏州215347

采用微波法在氨气气氛下快速加热石墨烯(G)制备了含氮量在4.05 wt%–5.47 wt%的掺氮石墨烯(NG).将上述的掺氮石墨烯用作碱性电解质条件下的氧还原电催化剂,起始还原电势为0.17 V(vs SHE),接近商用碳载铂催化剂的0.21 V(vs SHE).采用透... 详细信息

采用微波法在氨气气氛下快速加热石墨烯(G)制备了含氮量在4.05 wt%–5.47 wt%的掺氮石墨烯(NG).将上述的掺氮石墨烯用作碱性电解质条件下的氧还原电催化剂,起始还原电势为0.17 V(vs SHE),接近商用碳载铂催化剂的0.21 V(vs SHE).采用透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱研究了掺氮石墨烯的形貌、结构和掺杂氮原子的键合方式.结果发现,掺氮石墨烯的氧还原起始电位随着石墨氮原子含量的提高而上升,说明石墨类型的氮含量是影响其氧还原催化活性的关键因素.实验结果表明,微波法快速制备的掺氮石墨烯在碱性条件下表现出较高的氧还原催化活性,具有作为碱性燃料电池阴极催化剂的潜力.

关键词：燃料电池氧还原起始电位掺氮石墨烯微波法

Investigation of the durability of a poly-p-phenylenediamine/carbon black composite for the oxygen reduction reaction

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Chinese Journal of Catalysis 2016年第7期37卷 1096-1102页

作者：苏小钢姚颖方田娟刘建国汪忠伟尤勇黄林吴聪萍南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210093 南京大学固体微结构物理国家重点实验室人工微结构科学与技术协同创新中心江苏南京210093 南京大学昆山创新研究院江苏昆山215347 南京大学(苏州)高新技术研究院江苏苏州215123

Nitrogen-doped carbon materials exhibiting high oxygen reduction reaction activity were prepared via the pyrolysis of a poly-p-phenylenediamine/carbon black composite. The as-synthesized cata- lyst showed excellent catalytic activity in alkaline solution, and outperformed commercial Pt/C in KOH solution （0.1 mol/L）, as demonstrated by the higher current density and the more positive half-wave potential. Scanning electron microscopy and N2 adsorption-desorption analyses indicated that a composite structure, in which the N-rich surface of the poly-p-phenylenediamine had an in- creased active center concentration and the high external surface area of the carbon black was conducive to the mass transport, is highly beneficial in terms of promoting the oxygen reduction reaction. However, the activity of this catalyst underwent an obvious decrease following exposure to air for 30 d. X-ray photoelectron spectroscopy showed that the oxygen content in the catalyst was increased by prolonged air exposure. O ls spectrum showed increases in the C：O and C-O compo- nents, suggesting that atmospheric oxygen reacted with the catalyst. This oxidation leaded to the deactivation of active center, thus the catalytic activity decreased. Based on these results, the stabil- ity in air of nitrogen-doped carbon materials must be taken into consideration when assessing ap- plications as alternatives to platinum-based materials.

关键词： PhenylenediamineCarbon blackComposite structureOxygen reduction reactionDurability

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地外人工光合成材料研究进展

材料科学与工艺 2020年第3期28卷 14-23页

作者：姚颖方张策吴聪萍罗文俊姚伟邹志刚南京大学环境材料与再生能源研究中心南京210093 钱学森空间技术实验室北京100094

太空探索已成为人类共同目标,重返月球、载人火星等人类历史上的重大里程碑任务已逐步实施。如何实现地外极端环境下人类生存和发展已成为载人太空探索的基本能力和基础技术。由南京大学和钱学森空间技术实验室提出的地外人工光合成技术... 详细信息

太空探索已成为人类共同目标,重返月球、载人火星等人类历史上的重大里程碑任务已逐步实施。如何实现地外极端环境下人类生存和发展已成为载人太空探索的基本能力和基础技术。由南京大学和钱学森空间技术实验室提出的地外人工光合成技术,模拟地球绿色植物的自然光合作用,利用密闭空间废弃资源或地外天体环境中丰富的资源,通过光电催化方法原位、加速、可控地将二氧化碳转化成为氧气和含碳燃料,大幅度降低载人航天器的物资供应需求,支撑可承受、可持续的载人深空探索。本文回顾了近年来国际航空航天领域利用二氧化碳转换生成氧气和碳氢燃料的现有方法,并深入探讨面向地外原位资源利用的人工光合成材料研究进展,期望深化对地外人工光合成材料与技术的认知,有力支撑载人航天发展。

关键词：地外人工光合成 CO2转换光电催化能带调控材料结构

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燃料电池膜电极衰减机制及其抗老化策略

电化学 2018年第6期24卷 664-676页

作者：姚颖方刘建国邹志刚南京大学环境材料再生能源研究中心江苏南京210093 南京大学现代工程与应用学院江苏南京210093 南京大学物理学院江苏南京210093

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量效率和高能量密度、低温快速启动、结构紧凑、无污染、低噪声等优点,在氢能汽车、固定式电站、水下潜艇和通讯电源等方面具有广泛的应用前景.目前影响燃料电池商用化的主要问题是成本和寿命,特别是... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有高能量效率和高能量密度、低温快速启动、结构紧凑、无污染、低噪声等优点,在氢能汽车、固定式电站、水下潜艇和通讯电源等方面具有广泛的应用前景.目前影响燃料电池商用化的主要问题是成本和寿命,特别是在工况下急剧的启停、干湿、温度等变化,以及随之带来的机械及电化学老化,严重影响了燃料电池核心部件膜电极的耐久性和稳定性,导致燃料电池寿命大幅度下降.动态负载下燃料电池的寿命较短,距离燃料电池汽车商业化目标寿命仍有较大距离.因此,开发快速有效的膜电极加速老化测试程序,研究膜电极的耐久性,揭示燃料电池失效机理,寻找解决措施,对提高燃料电池使用寿命,推动燃料电池技术商业化,实现国民经济可持续发展具有重大意义.本文通过对比研究膜电极老化测试,从催化材料、质子交换膜以及启停控制策略应用等方面,分析电极、质子交换膜等关键材料的衰减物化机理,从材料科学领域深入探讨提升关键材料耐久性的方法及机理.为燃料电池的各部件制备与设计完善评价体系,推进燃料电池商用化发展.

关键词：质子交换膜燃料电池加速老化测试抗化学衰减

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菌藻共生高效产氢体系研究进展

现代化工 2021年第S01期41卷 48-53页

作者：刘士涛吕小鸿姚然吴聪萍姚颖方南京大学昆山创新研究院江苏昆山215347 深圳华大三生园科技有限公司广东深圳518002 中国科学院半导体研究所北京100083

通过对当前菌藻共培养产氢机理的归纳整理,分析了影响产氢效率的关键因素,就促进菌藻共生高效产氢的方法进行了探讨,并对菌藻共生产氢过程中存在的问题进行了归纳,提出了一些改进措施,期望能够为菌藻共培养技术研发提供帮助,为氢能高效... 详细信息

通过对当前菌藻共培养产氢机理的归纳整理,分析了影响产氢效率的关键因素,就促进菌藻共生高效产氢的方法进行了探讨,并对菌藻共生产氢过程中存在的问题进行了归纳,提出了一些改进措施,期望能够为菌藻共培养技术研发提供帮助,为氢能高效、清洁、可持续工业化生产提供前期探索。

关键词：菌藻共生产氢微藻产氢菌高效产氢高密度培养

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含冰星壤钻取密封与水资源提取转化技术研究

深空探测学报（中英文） 2022年第6期9卷 617-624页

作者：王庆功王超庞勇全晓军姚颖方赖小明姚伟中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室北京100094 北京卫星制造厂有限公司北京100094 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 南京大学现代工程与应用科学学院南京210008

在未来深空探测中,水冰资源的获取与转化是地外天体原位资源利用的重要环节。面向地外天体水冰资源原位利用问题,研究了含冰星壤钻取密封与水资源提取转化一体化技术,以实现水、氧、燃料等基本物资的原位补给,支撑深空探测过程关键技术... 详细信息

在未来深空探测中,水冰资源的获取与转化是地外天体原位资源利用的重要环节。面向地外天体水冰资源原位利用问题,研究了含冰星壤钻取密封与水资源提取转化一体化技术,以实现水、氧、燃料等基本物资的原位补给,支撑深空探测过程关键技术的发展。首先在地面上构建了典型真空低温环境,研制了含冰星壤钻取密封与水冰光热提取利用一体化原理样机,包含星壤钻取、太阳能聚光加热、水资源冷凝与收集和氢氧光电化学合成装置4部分,并在真空低温环境下开展了原理样机试验。结果表明,该一体化技术能够实现含冰星壤的低功耗钻取,土壤输运速率>1.7 kg/h,功耗<100 W,水资源获取速率达26.6 g/h,氢氧分解的总气体产率达12.6 g/h。该研究验证了地外水冰资源提取技术原理的的可行性,同时为解决地外探索中对水氢氧等物资的生产和转化提供了技术支撑。

关键词：原位资源利用含冰星壤钻取密封水资源提取氢氧转化

三聚氰胺甲醛树脂废弃物制备氧还原电催化剂研究

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电化学 2016年第2期22卷 176-184页

作者：赵灿云黄林尤勇姚颖方苏小钢万红刘建国吴聪萍南京大学现代工程与应用科学学院江苏南京210093 南京大学物理学院环境材料与再生能源研究中心江苏南京210093 南京大学昆山创新研究院江苏昆山215347 南京大学(苏州)高新技术研究院江苏苏州215123

在燃料电池阴极催化剂的研究中,FeNx/C材料与目前广泛应用在燃料电池中的Pt基催化剂相比,不仅价格低廉,而且表现出良好的氧还原催化活性.尽管如此,设计合成性能高、成本低的FeNx/C催化剂仍面临巨大挑战.在此,作者提出废物利用的方法,以... 详细信息

在燃料电池阴极催化剂的研究中,FeNx/C材料与目前广泛应用在燃料电池中的Pt基催化剂相比,不仅价格低廉,而且表现出良好的氧还原催化活性.尽管如此,设计合成性能高、成本低的FeNx/C催化剂仍面临巨大挑战.在此,作者提出废物利用的方法,以三聚氰胺甲醛树脂固体废物为前驱体,合成了具备介孔结构和较大的比表面积的非贵金属催化剂.经酸性条件半电池测试,这种电催化剂的氧还原催化活性接近5%商业Pt/C性能.本文工作为三聚氰胺甲醛树脂固体废弃物处理提供了新思路.

关键词：三聚氰胺甲醛树脂质子交换膜燃料电池氧还原 FeNx/C 催化剂废物利用

高熵纳米材料的制备科学及其在能源转化中的应用研究

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高熵纳米材料的制备科学及其在能源转化中的应用研究

第十届新型太阳能材料科学与技术学术研讨会

作者：王冰姚颖方邹志刚南京大学

高熵材料通常包含五种或以上主元,且每种主元摩尔百分数不超过35%且不低于5%,即按等原子比或近等原子比形成的固溶体。该类材料的纳米化在许多领域(如生物医学,催化,能量存储和传感器)已显示出广阔的应用前景,但因成分复杂,缺乏一种可... 详细信息

高熵材料通常包含五种或以上主元,且每种主元摩尔百分数不超过35%且不低于5%,即按等原子比或近等原子比形成的固溶体。该类材料的纳米化在许多领域(如生物医学,催化,能量存储和传感器)已显示出广阔的应用前景,但因成分复杂,缺乏一种可靠的合成策略。在此,我们提出了一种简单而通用的方法,激光扫描烧蚀技术(如图1),在常温常压下通过脉冲激光辐照负载在载体表面的前驱体,仅使用单个脉冲的时间(5纳秒)即可在载体表面合成高熵纳米颗粒,包括合金和陶瓷。超快反应过程确保了热力学不相容的金属元素也可以实现有效结合。由于激光脉冲可以将能量限制在微米区域内,该方法可将纳米颗粒装载在任何载体上,包括热敏感性载体(如玻璃,金属等)。激光扫描烧蚀技术与目前已报道的合成纳米高熵材料的方法相比,具有明显的优势。本研究合成的高熵纳米合金材料在电催化分解水方面表现出了优异的催化性能。在此基础上,团队进一步开发了二维纳米高熵材料,发现其在光热转化方面也表现出了优异的活性和稳定性。研究成果开启了一个丰富且尚未开采的新材料宝藏,有望进一步扩大该类材料在新能源转化方面的应用领域。

关键词：激光扫描烧蚀高熵合金高熵陶瓷二维高熵

来源： cnki会议评论

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燃料电池质子交换膜的化学腐蚀与保护

燃料电池质子交换膜的化学腐蚀与保护