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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 176-187页

作者：杨玉婷石路岩梁沁睿刘奕董家新 Tayirjan Taylor Isimjan 王宝杨秀林广西师范大学化学与药学学院广西低碳能源材料重点实验室中国广西桂林541004 中山大学环境科学与工程学院中国广东广州510275 中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室中国北京100190 阿卜杜拉国王科技大学的沙特阿拉伯基础工业公司图瓦勒沙特阿拉伯

碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了... 详细信息

碱性阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)可以直接将氢的化学能转化为电能,被认为是新兴绿色氢经济的基石技术.但其阳极氢氧化反应(HOR)动力学缓慢,严重依赖于Pt基催化剂.由于Pt基催化剂极易被CO毒化、动力学过程复杂以及价格昂贵,极大限制了其商业化应用.因此,亟需开发高效、稳定和抗CO毒化能力强的新型HOR催化剂.Pd具有与Pt相似的氢键结合能,并且比Pt储量丰富,有望成为实现HOR的候选催化剂.然而,Pd的本征催化活性和Pt相比仍有很大差距.近年来,磷化钯因具有功能多样性和高催化活性被广泛关注.此外,缺陷工程可以有效调控催化剂的表面结构,改善中间体的吸附强度,提高催化剂的催化活性.因此,构建富含缺陷的磷化钯催化剂有望提高其HOR的性能.然而,该方向研究较少,反应机理尚不清楚.因此,阐明空位缺陷对于提高磷化钯催化剂HOR性能的作用机制,对促进AEMFCs电催化反应具有重要意义.本文通过溶胶-凝胶法以及低温磷化策略合成了一种碗状半球结构的富含磷空位Pd3P@C(V_(p)-Pd_(3)P@C)催化剂,并用于碱性HOR.在磷化过程中,通过调整Pd前驱体和磷源比例以及煅烧温度,在碳碗状半球载体上合成具有不同晶相组成(Pd/Pd_(3)P@C,Pd_(3.20)P_(12)@C,Pd_(3)P@C,和Pd_(5)P_(2)@C)的Pd_(x)P_(y)@C催化剂.扫描电镜和透射电镜证实了催化剂为碗状半球形貌.利用电子顺磁共振波谱研究了Pd_(x)P_(y)@C催化剂的磷空位浓度,结果表明,Pd/P比例为1:3时,在350℃下煅烧得到的Vp-Pd_(3)P@C具有最高的磷空位浓度.X射线光电子能谱证实了磷空位促进了d-p轨道杂化,增强了Pd和磷之间的电子相互作用.电化学测试结果表明,Vp-Pd_(3)P@C具有最高的HOR性能,Vp-Pd_(3)P@C在50 mV的质量活性为1.66 mAμg_(Pd)^(–1),交换电流密度为3.2 mA cm^(–2),优于Pd3P(0.45 mAμg_(Pd)^(-1),1.78 mA cm^(–2))和商业Pt/C(0.3 mAμg_(Pd)^(-1),2.29 mA cm^(–2)).同时,该催化剂在50 mV的电位下能稳定运行20 h.此外,即使在CO浓度高达1000 ppm时,Vp-Pd_(3)P@C催化剂仍表现出较好的HOR活性.紫外光电子能谱证实了Vp-Pd_(3)P@C中的Pd原子呈现缺电子状态,这不利于Pd 4d轨道对CO 2π^(*)轨道的电子反馈,降低了Pd和CO的键合强度,进而减弱了Pd对CO分子的吸附,从而增强了其抗CO中毒的能力.密度泛函理论计算结果表明,相较于磷空位浓度较少的Pd_(3)P@C催化剂,富含磷空位缺陷的Vp-Pd_(3)P@C催化剂能够优化和平衡反应中间体(Hads和OHads)的吸附强度,使速率决定步骤从H_(2)O^(*)的解吸转换到H_(2)O的形成,促进了Volmer反应(Hads+OHads→H_(2)O+2^(*)sites)的进行,进而提升了催化活性.系统实验和表征结果表明,Vp-Pd_(3)P@C较好的HOR性能可归因于以下3个因素:(1)空心碗状结构大大地增加了固-液-气三相接触点,加速了HOR的传质过程;(2)磷空位产生的局部反应活性和有利的电子结构优化了Hads和OHads的吸附强度,极大地促进了Volmer步骤;(3)丰富的磷空位打破了原有的周期性晶体结构,形成了新的电子结构,有效地抑制了电子从Pd 4d轨道到CO 2π^(*)轨道的反馈,提高了Vp-Pd_(3)P@C对CO的耐受能力.综上,本文通过缺陷工程策略调控了Vp-Pd_(3)P@C中活性位点与HOR关键中间体的相互作用,明确了空位缺陷浓度与HOR活性之间的构效关系.并从碱性HOR反应机理,CO分子与金属催化剂的轨道相互作用以及结构设计三个方面总结了高效和稳定的HOR催化剂的设计原则.目前,由于界面环境的复杂性和缺乏原位技术,催化剂表面上痕量中间体的光谱信息难以获得,未来可在开发原位技术监测HOR过程中间体和催化剂的组分变化方面做出更多的努力,以促进AEMFCs的商业化应用.

关键词：氢氧化反应 CO耐受性磷空位 V_(p)-Pd_(3)P@C 碗状半球

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碱性介质中氢氧化反应电催化剂的开发:从机理认识到材料设计

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Chinese Journal of Catalysis 2021年第12期42卷 2094-2104页

作者：仇旸谢小红李文震邵玉艳西北太平洋国家实验室美国华盛顿爱荷华州立大学化学与生物工程系美国爱荷华州能源部艾姆斯实验室美国爱荷华州

阴离子交换膜(AEM)燃料电池因具有使用非贵金属作为催化剂的优点而受到广泛关注.然而,在碱性体系中, AEM燃料电池中氢氧化反应(HOR)的反应动力学比在酸性介质中的慢两个数量级.针对HOR在碱中动力学缓慢的问题,有两种主要的理论来解释,(1... 详细信息

阴离子交换膜(AEM)燃料电池因具有使用非贵金属作为催化剂的优点而受到广泛关注.然而,在碱性体系中, AEM燃料电池中氢氧化反应(HOR)的反应动力学比在酸性介质中的慢两个数量级.针对HOR在碱中动力学缓慢的问题,有两种主要的理论来解释,(1)p H相关的氢结合能作为主要影响因素来控制HOR动力学的理论;(2)质子和氢氧根离子的吸附共同作为影响因子来控制HOR在碱性条件下的动力学的双功能理论.本文首先讨论了在碱性电解质中可能的HOR反应机理及其Tafel性能变化.除了传统的Tafel-Volmer和Heyrovsky-Volmer-HOR机理外,还讨论了最新提出的氢氧根离子吸附参与的HOR机理来说明在酸性和碱性介质中HOR机理的差异.然后,总结了具有代表性的碱性HOR催化剂(如贵金属、合金、金属间化合物、镍基合金、碳化物、氮化物等),简要介绍了它们相应的HOR反应机理,从而进一步理解在碱性介质中不同基元反应步骤给HOR性能带来的差异.最后,提出了一种未来设计HOR碱性催化剂的可行性方案,为今后碱性环境下的HOR催化剂设计提供参考.

关键词：氢氧化反应碱性电解质燃料电池电催化剂电催化氢和氢氧离子结合能

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碱性介质中氢氧化和析氢反应机理研究现状

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物理化学学报 2021年第9期37卷 21-37页

作者：李孟婷郑星群李莉魏子栋输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室洁净能源与资源化工过程重庆市重点实验室重庆大学化学化工学院

氢氧燃料电池和电解水是实现氢能循环利用的两个重要系统,其中氢氧化反应(HOR)和析氢反应(HER)因在碱性介质中的反应速率较酸性介质中慢2至3个数量级,成为阻碍碱性燃料电池与电解水制氢发展的主要瓶颈。深入研究碱性介质中的HOR/HER机理... 详细信息

氢氧燃料电池和电解水是实现氢能循环利用的两个重要系统,其中氢氧化反应(HOR)和析氢反应(HER)因在碱性介质中的反应速率较酸性介质中慢2至3个数量级,成为阻碍碱性燃料电池与电解水制氢发展的主要瓶颈。深入研究碱性介质中的HOR/HER机理,探究碱性与酸性电解质中HOR/HER活性差异之根本原因,对发展低温碱性能源转化器件具有重要意义。据此,本文综述了近年来碱性介质中HOR/HER机理的相关解释与推论,如双功能机理、氢结合能(HBE)理论与电子效应,及各观点间存在的争议;并从理论计算的角度,介绍了目前电化学界面的理论模拟方法及其在HOR/HER研究中的应用。由于电化学反应系统的复杂性,实验与理论计算的结合有助于理清HOR/HER的机理以及pH效应,并有望应用于指导设计高活性、高稳定性的HOR/HER催化剂。

关键词：燃料电池电解水氢氧化反应析氢反应 pH效应密度泛函理论分子动力学

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可持续固相合成高分散PdAg合金纳米颗粒用于电催化氢氧化和氢析出反应

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Chinese Journal of Catalysis 2021年第2期42卷 251-258页

作者：徐才丽陈倩丁蓉黄生田张云樊光银四川师范大学化学与材料科学学院四川成都610068 四川轻化工大学绿色催化四川省高等学校重点实验室四川自贡643000

固相研磨作为一种新型可持续的合成方法,近年来引起了人们广泛关注,为负载型金属合金纳米催化剂的制备提供了新思路.尽管有关合金催化剂研究取得了系列进展,但现有制备方法大多存在操作步骤复杂、形貌难以控制等问题,严重制约了合金催... 详细信息

固相研磨作为一种新型可持续的合成方法,近年来引起了人们广泛关注,为负载型金属合金纳米催化剂的制备提供了新思路.尽管有关合金催化剂研究取得了系列进展,但现有制备方法大多存在操作步骤复杂、形貌难以控制等问题,严重制约了合金催化剂的规模化应用.本文发展了一种可持续化策略,即于室温下在玛瑙研钵中直接研磨合成了一系列高分散在碳载体上的小尺寸PdAg合金纳米颗粒(PdAg/C).此法无需任何溶剂和有机试剂,保证了整个过程简单便捷、绿色环保,同时确保了PdAg合金纳米颗粒表面清洁无污染,利于样品的催化应用.利用TEM,XRD和XPS表征技术对系列PdAg/C样品的组成及形貌进行了深入探究.TEM结果表明,所得催化剂中金属颗粒尺寸较小(4.9±1.03 nm),且高度分散在碳载体表面.XRD结果表明,Pd9Ag1/C,Pd5Ag5/C和Pd1Ag9/C催化剂特征衍射峰位于对应的Pd/C和Ag/C衍射峰之间,且会随着Ag含量的不断增加逐渐向低角度偏移.XPS结果表明,三个催化剂中均存在Pd,Ag两种元素,且随着Ag含量的增加,它们的Pd 3d结合能逐渐正移;而随着Pd含量的不断增加,三样品的Ag 3d结合能逐渐负向偏移.由此可见,采用可持续固相合成法成功制得了碳负载的PdAg合金纳米颗粒.一系列对比实验表明,PdAg合金纳米颗粒的尺寸和分散度显著依赖于NaOH,而与碳载体的形貌、比表面积和类型无明显关系.将系列PdAg/C样品用于碱性电催化氢氧化(HOR)和析氢反应(HER)时,均展现出高的催化性能.其中,Pd9Ag1/C催化性能最佳,在HOR中,质量交换电流密度和面积交换电流密度分别为26.5 A gPd^–1和0.033 mA cmPd^–2;在HER中,电流密度为10 mA cm^–2时所需过电位仅为68 mV;此外,Pd9Ag1/C催化剂经过1000圈CV循环测试后,催化活性未显著衰减,对两个目标反应均展现出优异的电化学稳定性.PdAg/C高催化活性主要归因于两个方面:(1)PdAg合金纳米颗粒表面洁净、尺寸小且分散均匀,能提供大量可利用的活性位点;(2)Pd与Ag之间强的协同与合金效应使得催化剂具有最佳的本征活性.

关键词：固相合成负载型合金纳米颗粒电催化氢氧化反应氢气析出反应

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碱性氢氧化反应Ru基电催化剂的制备与性能研究

碱性氢氧化反应Ru基电催化剂的制备与性能研究

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作者：孟凡超兰州理工大学

学位级别：硕士

氢氧根交换膜燃料电池(HEMFCs)实现了将反应介质由酸性环境向碱性环境的转变。然而,在碱性介质中的阳极氢氧化反应(HOR),其反应速率要低于酸性介质1～2个数量级(以Pt/C为例),所以要使HEMFCs的性能能够比肩质子交换膜燃料电池(PEMFCs),... 详细信息

氢氧根交换膜燃料电池(HEMFCs)实现了将反应介质由酸性环境向碱性环境的转变。然而,在碱性介质中的阳极氢氧化反应(HOR),其反应速率要低于酸性介质1～2个数量级(以Pt/C为例),所以要使HEMFCs的性能能够比肩质子交换膜燃料电池(PEMFCs),必须在阳极电极上喷涂较多的Pt/C电催化剂。由于Pt昂贵的价格和地球储量的限制,开发低铂或非铂的碱性HOR的高效、稳定、低成本的电催化剂对于HEMFCs的商品化发展具有十分重要的意义。贵金属Ru的性能和Pt相近,但其价格目前只有Pt的一半,是一种潜在的取代Pt的电催化剂原材料,但是Ru在较高的阳极电位下就会出现显著的活性降低和稳定性下降,本文围绕以上问题,研究了两种Ru基电催化剂,主要内容如下:(1)通过乙二醇还原法将Pt Ru纳米粒子(NPs)均匀分散在多孔氮掺杂碳上制备碱性HOR电催化剂,其中多孔氮掺杂碳载体(NC-ZG)是采用原位生长的ZIF-8/氧化石墨烯(GO)纳米复合材料低温热解所得。所获得的Pt Ru/NC-ZG电催化剂表现出1102 A g的质量比交换电流密度(j),优于仅通过热解ZIF-8作为碳载体的Pt Ru/NC-Z(312 A g)电催化剂和商业Pt/C(224 A g)电催化剂。丰富的微介孔结构、大比表面积、高导电性以及Pt和Ru之间的电子效应,优化了OH和H结合能使得电催化剂具有出色的催化活性。此外,Pt Ru/NC-ZG还表现出了优异的稳定性,在加速耐久性测试后仍保留了66.4%的j,优于商业Pt/C(45.9%)电催化剂。(2)首次通过种子诱导定向附着-热处理方法制备了用于碱性氢氧化反应的具有丰富界面以及缺陷的Ru O-Pd O异质结构纳米线网(NWs)电催化剂(Ru O-Pd O NWs/C)。Ru O-Pd O NWs/C(其中金属Ru原子含量为72.8%)在碱性HOR中表现出优异的活性,其j为1061 A g,是商业Pt/C(338 A g )的3.1倍,优于大多数报道的非Pt贵金属HOR电催化剂。即使在高电位(相对于RHE约0.5 V)或存在CO(5 vol%)时,Ru O-Pd O NWs/C仍然保持着优异的碱性HOR活性。结构/电化学分析和理论计算表明,Ru O和Pd O之间的界面为活性位点。两种物质之间的电子相互作用和丰富的缺陷削弱了H的吸附,并加强了OH的吸附,加速了碱性HOR过程。此外,Ru O上的OH可以溢流到界面,为反应提供更多的中间体,同时在更高的电势下保持稳定的电流密度。

关键词：氢氧根交换膜燃料电池氢氧化反应 Ru基电催化剂载体改性界面工程

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碳载合金IrM(M=Fe,Ni,Co)纳米颗粒催化酸性与碱性介质中氢氧化反应（英文）

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Chinese Journal of Catalysis 2016年第7期37卷 1142-1148页

作者：廖建华丁炜陶思成聂瑶李巍吴光平陈四国李莉魏子栋重庆大学化学化工学院重庆400044

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因能量转化率高、电流密度大、对负荷响应快及环境友好等优点而应用前景广阔.然而,Pt基催化剂的大量使用使得PEMFC成本居高不下,阻碍了其商业化进程.金属Ir具有良好的稳定性和相比Pt较低的成本,可替代金属Pt... 详细信息

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因能量转化率高、电流密度大、对负荷响应快及环境友好等优点而应用前景广阔.然而,Pt基催化剂的大量使用使得PEMFC成本居高不下,阻碍了其商业化进程.金属Ir具有良好的稳定性和相比Pt较低的成本,可替代金属Pt催化燃料电池阳极氢氧化反应.但是,Ir基催化剂的催化活性比Pt低,难以满足商业化要求.通过合金调控Ir纳米晶的电子结构和几何结构是降低Ir用量、提高Ir催化剂氢氧化活性的有效方法.本文研究了Ir基合金纳米晶中合金元素(Fe,Ni,Co)所产生的合金效应在酸碱性介质中对催化氢氧化的影响.采用溶剂蒸发-氢气还原法合成了具有相近合金度且平均粒径小于5 nm的Ir Fe,Ir Ni和Ir Co纳米合金催化剂.电化学测试表明,Ir Ni合金催化剂具有最高的催化氢氧化活性.在酸性介质中,Ir Ni合金催化剂的质量比活性达到152 A/gIr(@0.1 V vsRHE),高于Ir Fe(146 A/gIr)和Ir Co(133 A/gIr)合金催化剂以及商业化Pt/C催化剂(116 A/gPt).而在碱性介质中,Ir基合金催化剂活性较酸性介质中低,各合金催化剂优劣次序与酸性介质中一致.结构分析表明,合金化致使Ir晶格收缩,收缩程度以Ir Fe,Ir Ni和IrCo的顺序依次降低.Ir Ni合金催化剂中Ni合金元素诱导Ir发生晶格收缩适中,使催化剂与中间物种(H_(ad),OH_(ad))的相互作用适度,从而获得最优的催化性质.另外,合金效应在不同pH介质中影响不一:在酸性介质中,由合金元素(Fe,Ni,Co)导致的Ir–H_(ad)相互作用弱化是提高氢氧化活性的主要原因;在碱性介质中,催化剂表面的亲氧效应决定了电极表面的OH_(ad)吸/脱附性质和H_(ad)表面覆盖度,从而影响催化氢氧化活性.

关键词：合金效应氢氧化反应铱合金晶格收缩燃料电池

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钌基金属有机框架衍生物的制备及其在电解水和氢氧化反应中的应用

钌基金属有机框架衍生物的制备及其在电解水和氢氧化反应中的应用

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作者：袁青中国科学技术大学

学位级别：硕士

由于社会快速发展导致的巨大的能源需求和化石能源储量匮乏之间的矛盾,人们急需寻找可代替的新型清洁能源。氢气是化石燃料的一种非常有前途的替代品,在能源转换闭环中氢气的高效产生和利用占据重要的地位。铂及其合金已被广泛确认为氢... 详细信息

由于社会快速发展导致的巨大的能源需求和化石能源储量匮乏之间的矛盾,人们急需寻找可代替的新型清洁能源。氢气是化石燃料的一种非常有前途的替代品,在能源转换闭环中氢气的高效产生和利用占据重要的地位。铂及其合金已被广泛确认为氢析出(HER)/氢氧化(HOR)最先进的电催化剂,但储量少、价格高成为应用的限制。因此需要探索合成性能优异、有价格优势的水电解和氢气氧化的替代催化剂,丰富碱性氢气氧化催化剂的种类。金属及化合物与碳材料的复合物具有极大的催化潜力,但较大的粒径或者和碳基底结合不够紧密等的不足限制了催化性能的提高。由金属节点和有机配体组成的的金属有机骨架化合物(MOFs),可以被调控合成多种复合材料,具有周期性排列、比表面积大、高孔隙度等特点而被广泛应用于光、电、热催化领域中。本文分别通过室温和水热的方式合成Ni-BTC和Bi-BTC前驱体,并进行Ru掺杂,在不同气氛下处理得到RuNi@OC和Bi-RuO2/Ru/C纳米材料。他们不仅在电解水反应中展现较优的催化活性与稳定性,特别地在碱性HOR测试中也具有较好的催化性能。具体如下:1.RuNi纳米合金嵌入氧掺杂碳中的复合材料制备及其在氢析出和氢氧化中的应用:MOFs衍生物因为结构多样、导电性好、耐腐蚀性好等,被认为是具有类似Pt活性和稳定性的Pt代替物。最近的研究普遍证实,在氮掺杂碳包覆过渡金属合金的复合结构在HER、ORR、OER中具有巨大的潜力,但其他杂原子掺杂及其在HOR中的应用鲜有报道。虽然于Pt、Ru具有较好的HOR性能,但价格昂贵,本文在氮气气氛下煅烧Ru掺杂Ni-BTC前驱体得到RuNi@OC复合材料。在1M KOH和0.5M H2SO4测试溶液中,仅需29和62 mV的过电势就可达到10 mA/cm2,循环14000圈后表现较好稳定性。在0.1M的KOH中,HOR测试的极限电流为2.46mA/cm2(接近Pt)。合金化和氧掺杂石墨烯的共同作用,使得材料具有优异的氢气电催化活性及稳定性2.无定形碳中Bi-RuO/Ru纳米晶的制备及其在全pH范围水解和氢氧化中的应用:现在大部分催化剂仅针对某一介质中OER或HER的半反应,发展在全pH范围内、对阴极和阳极均具高活性的双功能催化剂是实际应用的需要。本文依次在氮气、空气下煅烧Ru掺杂的Bi-BTC,并进行酸刻蚀后处理最终得到Bi-RuO2/Ru/C。该材料作为双功能电催化剂在0.5MH2SO4、1MKOH、1MPBS中,达到10 mA/cm2的全水解电流密度所需电压分别为:1.521、1.511、1.65 V。在0.1MKOH溶液中也展现不错的HOR活性,极限电流密度达到2.03 mA/cm2。异质结与杂原子掺杂是构建和优化活性位点的有效手段。

关键词：电解水析氢反应氢氧化反应金属有机框架化合物钌基催化剂

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用于碱性环境下氢氧化反应的非铂及低铂电催化剂的探索研究

用于碱性环境下氢氧化反应的非铂及低铂电催化剂的探索研究

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作者：任向文深圳大学

学位级别：硕士

燃料电池具有高能量转换效率和高功率密度、绿色环保等优点,受到国内外广泛关注。近年来,质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cel)取得了显著进步,已经开始在汽车工业中进行商业应用。然而,PEMFC仍然很昂贵。阴离子交换... 详细信息

燃料电池具有高能量转换效率和高功率密度、绿色环保等优点,受到国内外广泛关注。近年来,质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cel)取得了显著进步,已经开始在汽车工业中进行商业应用。然而,PEMFC仍然很昂贵。阴离子交换膜燃料电池(Hydroxide-exchange membrane fuel cel)是新兴的燃料电池技术,与PEMFC相比具有潜在的成本优势。然而,HEMFC尚处于发展初期,许多技术挑战尚待解决。其中,阳极电催化剂活性较低,可供选择少,导致高的成本。稳定和高效的电催化剂可降低成本,对阴离子交换膜燃料电池技术的发展具有重要意义。Ni基催化剂作为已知唯一一种具有活性的非贵金属电催化剂,在此基础研究提高Ni基催化剂HOR性能具有高的价值。本文从制备方法和催化剂结构着手,探索制备了几种高性能Ni基催化剂和PtNi合金催化剂,大幅度提高了HOR的电催化性。同时,还探究了催化剂的制备条件、材料结构形貌和催化剂性能之间的内在关系,结果如下:(简单从制备方法,结构特点和催化性能三个方面阐述下面三部分内容)(1)通过水热法得到低载量Ni(OH)·HO/GO。将之置于管式炉以10%H2/Ar还原得到Ni/GS。然后在低温下于NH中,退火,在GS上得到球形颗粒状的Ni(N)。采用水热法制备前驱体,可得粒径较小且均匀和大的比表面积的颗粒,有利于电催化三相界面反应。TEM和HRTEM表明颗粒很小,结构基本为Ni相,TEM-mapping和XPS显示N的掺入,电化学测试研究N原子掺杂对HOR电催化性能的影响,Ni(N)/GS的质量活性(8.22 m A/mg)是Ni/GS电催化剂的1.47倍(过电位50 m V处),比面积活性(0.0089m A/cm2)为Ni/GS的1.31倍。显示出N掺杂对催化性能有极大的提高。(2)通过水热法得到高载量Ni(OH)·HO/GO。经NH氮化络合法退火,得到球形颗粒状Ni3N-Ni/GS复合物和NiN/GS复合物,以及氢气还原得到Ni/GS。采用水热法和低温氮化得到了粒径均匀较小和大比表面积的颗粒。结构方面XRD和HRTEM表明了复合物NiN-Ni的存在。电化学测试,1600 rpm条件下NiN-Ni/GS的极限电流密度是Ni3N/GS的1.44倍,达到了2.2 mA/cm,为Pt/C的79.1%,NiN/GS在高于约0.15 V后快速衰减,NiN-Ni/GS可以维持至0.235 V,而Ni/GS几乎没有活性。(3)通过水热反应法制备PtNi合金,然后将之与XC-72物理混合均匀,得到PtNi/C前驱体。将之通氨气退火氮化络合得到PtNi(N)/C电催化剂材料,测试其电催化活性与渗氮前进行对比。TEM表明颗粒尺寸较大,SEM及其EDS面扫表明Pt、Ni和N的均匀分布。研究结构与组成对性能的影响。氮化后PtNi(N)/C的动力学电流密度是PtNi/C的1.31倍,氮的掺入提升了PtNi合金的电催化性能,可能与Ni晶格中掺入N有关,因Pt对N是惰性的。

关键词：燃料电池氢氧化反应电催化剂氮化络合法

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氢氧根交换膜燃料电池阳极氢氧化反应中Ru基电催化剂的进展

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化工科技 2021年第6期29卷 72-79页

作者：孟凡超王海斌孟祥智胡冠群李春雷丛媛媛赵秋萍兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050

鉴于Pt价格昂贵以及储量较少严重地限制了氢氧根交换膜燃料电池(HEMFCs)的商业化发展。Ru以其杰出的电化学性能及相对于Pt低廉的价格而备受研究者青睐。阐明了碱性介质中氢氧化反应(HOR)的反应机理;综述了阳极Ru基电催化剂的技术进展以... 详细信息

鉴于Pt价格昂贵以及储量较少严重地限制了氢氧根交换膜燃料电池(HEMFCs)的商业化发展。Ru以其杰出的电化学性能及相对于Pt低廉的价格而备受研究者青睐。阐明了碱性介质中氢氧化反应(HOR)的反应机理;综述了阳极Ru基电催化剂的技术进展以及Ru基电催化剂在HEMFCs中的应用;最后提出了目前所面临的挑战和日后可能的研究方向。

关键词：氢氧根交换膜燃料电池氢氧化反应 Ru基电催化剂

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Fe基催化剂在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢氧化反应(HOR)探索

Fe基催化剂在质子交换膜燃料电池(PEMFC)的氢氧化反应(HOR)探索

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中国化学会第30届学术年会-第二十九分会：电化学材料

作者：郭凯史坤明郭建伟解孝林清华大学核能与新能源技术研究院华中科技大学化学化工学院

PEMFC急需降低Pt催化剂用量,以满足商业化步伐。本文以商业JM—Pt催化剂为基准,探索了我们Fe-基催化剂在阳极氢氧化(HOR)反应的可行性。我们的探索表明,HOR受H,H(氢吸附基团),H复杂的传输-反应影响,但材料表面大量的Had可有效推动HOR动... 详细信息

PEMFC急需降低Pt催化剂用量,以满足商业化步伐。本文以商业JM—Pt催化剂为基准,探索了我们Fe-基催化剂在阳极氢氧化(HOR)反应的可行性。我们的探索表明,HOR受H,H(氢吸附基团),H复杂的传输-反应影响,但材料表面大量的Had可有效推动HOR动力学。我们的CV、EIS结果进一步揭示出Fe-基催化剂的活性点可以归因于Fe-N络合、Fe/Fe还原电对,并通过动态界面促进HOR进程。采用Fe-基样品作为阳极催化剂,电池实现了开路电位(EOCP)0.8V、最大功率密度9mW/cm、110小时的稳定运行。我们预计,进一步改善铁基结构可以加速HOR步伐,从而在未来促使非贵催化剂在PEMFC的全面应用。

关键词：质子交换膜燃料电池铁基催化剂氢氧化反应

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