电化学催化

摘要： 俄勒冈州立大学开发了一种高效制氢催化剂,与目前商用催化剂相比,制氢成本低、效率更高。Feng Zhenxing博士表示,通过电化学催化分解水生产氢气比通过甲烷-蒸汽转化产生二氧化碳的传统制氢方法更清洁、更可持续。一直以来这种绿色技术的经济性是其商业化的障碍。发表在《Science Advances》和《JACS Au》杂志上的工作介绍了新催化剂的设计方法,其可以极大地提高制氢过程的效率。

摘要： 以能源化学工程专业《电化学催化》课程为例,基于OBE理念介绍了课程思政建设的必要性,分析了课程思政的教学现状,并对思政元素有机融入电化学催化课堂教学进行了有益探索和实践,培养学生的文化自信、价值观、工程伦理意识和创新精神。

摘要： 由于介孔炭材料具有高比表面、均一可调的孔径尺寸和形貌、良好的导电性和化学稳定性等优点,已被广泛应用到催化、吸附、分离和电化学储能等领域。近年来,多组分的掺杂与复合使介孔炭材料拥有可调变的功能性,已成为材料领域研究的一个热点。本文首先介绍介孔炭材料的合成,包括软模板法、硬模板法和无模板法等。接着论述介孔炭及其复合材料在电化学催化领域的应用,主要包括杂原子掺杂介孔炭材料以及介孔炭材料与金属化合物的复合材料在电化学催化氧还原(ORR)、析氧(OER)、析氢(HER)等领域的研究进展。此外还论述了此类材料在电催化有机合成上的应用。最后对介孔炭及其复合材料在电化学催化上的发展趋势进行了展望。

摘要： 电催化过程是时空多尺度的复杂系统,探究认识多孔电极电催化体系中不同层次和尺度下的介尺度行为,对进一步强化电催化反应以及物质扩散传递,提高效率减低能耗具有重要的意义。围绕多孔电极、电催化剂以及隔膜,对多级孔电极结构的构筑、电催化剂表界面活性位调控、介尺度结构可控制备策略和隔膜结构调控中存在的介尺度现象以及介尺度效应进行了详细的综述,发现电催化体系中各层次之间的介尺度行为可以用于优化、调控、指导多孔电极、电催化剂以及隔膜的设计与制备,为丰富和完善电化学催化体系提供了新思路和新角度。

摘要： 在碳布材料(CC)表面首先电沉积W原子分数约为13％的Ni-W合金,再通过化学气相沉积(CVD)在其表面生长碳纳米管(CNTs),构筑出一种自支撑CNTs/Ni-W/CC复合电极.电化学测试表明:该复合电极在1 mol/L NaOH水溶液中表现出良好的电解水析氢(HER)催化性能.在不同温度下保温2 h所获样品中,900°C保温后的样品具有最佳析氢催化活性,其在10 mA/cm2阴极电流密度下的HER过电位为118.2 mV,Tafel斜率为97.4 mV/dec,并且其阴极电流密度在较高的阴极过电位下可超越商用Pt/C材料.此外,在持续的电催化反应工作过程中,该样品的HER催化活性可长期保持稳定.

摘要： 综述了近年来单原子催化剂合成方法的研究进展以及在制备过程中提升催化剂活性所要解决的问题.重点介绍了单原子催化剂在质子交换燃料电池(PEMFC)和二氧化碳电化学还原反应(CO2 RR)中的应用.最后结合目前单原子催化剂的研究现状和挑战,展望了其发展前景,以期对进一步构筑具有特定结构和催化功能的单原子催化剂的实验及理论起到积极的促进作用.

摘要： 以清洁能源发电为动力的水分解技术是一种很有应用前景的制氢方法,可以缓解日益增长的能源消耗和公众高度关注的环境问题.水分解的氧化过程,即析氧反应(OER),是一个四电子-质子耦合反应,其动力学缓慢,是实现高效电解水的技术难题.以RuO2和IrO2为代表的贵金属氧化物表现出极高的催化活性,但受限于储量低及价格昂贵,很难广泛应用.因此,迫切需要开发出具有高效和持久活性的非贵金属电催化剂以解决动力学迟缓问题.钴元素储量丰富、价格低廉,同时具有较高的催化活性,有望替代贵金属催化剂而在工业化电解水中大规模应用.尖晶石型氧化物(A2BO4)具有氧缺陷含量高,氧化态灵活,能形成氧化-还原对的特点,有利于提高催化剂的电化学活性.因此,Cr和Co合理协同制备A2BO4型催化剂可获得更好的催化剂性能.研究结果(Chem.Commun.,2018,54,4987-4990)表明,OER性能主要与催化剂表面OH?的吸收效率有关,过渡金属羟基氧化物(MOOH)是OER反应的主要活性物质.对A2BO4型催化剂进行阳极化处理,可以使其表面发生原子级相变,生成MOOH产物.因此,对电催化剂进行结构演化是提高其催化活性的一个重要策略.本文采用电化学阳极化处理,即在碱性环境下对Co2CrO4表面进行原位演化生成CoOOH/CrOOH,从而得到CoOOH/CrOOH-Co2CrO4.通过X-射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X-射线光电子能谱和氮气吸附-脱附等方法对催化剂的结构和形貌进行表征.结果表明,阳极化处理后,光滑的Co2CrO4表面生成了CoOOH/CrOOH褶皱,CoOOH/CrOOH和Co2CrO4的协同效应可以暴露出更多活性位点并加快电子的传输,明显提升析氧反应性能.在1.0 M NaOH中进行CoOOH/CrOOH-Co2CrO4电催化性能测试,循环伏安曲线结果表明,电流密度达到20 mA cm-2时,仅需过电位244 mV,转化频率是0.536 s-1,说明催化剂催化析氧反应性能优异.多步计时电流曲线以及长时间电流曲线表明催化剂稳定性较高.

摘要： 以氧化铟锡(ITO)导电玻璃为基底,依次电沉积Ni和CuO,制备Ni-CuO/ITO电极.扫描电子显微镜(SEM)表征结果显示,Ni-CuO呈纳米花状结构,均匀分布在ITO基底上,X射线衍射(XRD)结果显示,Ni-CuO主要成分为Ni、NiSO4和CuO.分别研究了不同电极在碱性条件(1 mol/L KOH)下对乙醇(100 mmol/L)的电化学催化性能,ITO和CuO/ITO电极未显示乙醇催化活性,而Ni-CuO/ITO电极的催化能力可达到氧化峰电流密度20.90 mA/cm2,为Ni/ITO电极的1.7倍.进一步研究了Ni-CuO/ITO电极在不同扫描速度(20～100 mV/s)与不同浓度(10～500 mmol/L)乙醇溶液中电化学响应信号的变化.考察了Ni和CuO的沉积量对Ni-CuO/ITO电极乙醇电催化氧化活性的影响,发现以恒电位法沉积Ni 300 s、循环伏安法沉积CuO两圈时,Ni-CuO/ITO电极对乙醇电催化氧化具有最高的催化活性.以计时电流法测量10000 s后剩余的氧化峰电流密度为初始值的54.39％,显示了电极优异的长期稳定性.氧化峰电流与乙醇浓度在0.1～15 mmol/L范围内呈良好的线性关系,灵敏度为150μA/(cm2(mmol/L)),检出限为0.047μmol/L(S/N=3),乙醇的回收率为95.2％ ～104.1％,并且NaCl、KCl、Na2HPO4、山梨酸和柠檬酸等物质对乙醇的检测无明显干扰,表明Ni-CuO/ITO电极具有潜在的应用前景.

摘要： 首先制备Na-ZSM-5载体,再将金属Ru通过浸渍法负载于载体上,获得负载型金属催化剂.然后用电化学催化法对催化剂活化,将活化后的催化剂应用于玉米油异构化反应中,研究反应条件对玉米油异构化的效果,结果发现催化剂添加量5％、异构化时间3 h、搅拌速率600r/min、异构化温度160°C为最佳反应条件,并且负载型Ru/Na-ZSM-5催化剂经反复使用5次后,催化剂相对活性依然保持在75.2％.最后对反应后玉米油的主要成分与理化特性进行研究,发现得到的富含共轭亚油酸(conjugated linoleic acid,CLA)的玉米油中c9,t11-CLA相对含量为12.32％,t10,c12-CLA相对含量为8.45％,而反式油酸相对含量仅为1.63％.在理化特性方面,其酸值为1.17 mg/g,碘值为103.08g/100g,过氧化值为4.31mmol/kg,皂化值为201.56mg/g,不皂化物含量为16.53g/kg,具有较好的品质.

摘要： "新能源材料与电化学"团队是一支学术思想活跃,团队融洽奋进,基础研究与应用开发并重的创新型学术团队.团队致力于环境生物质资源化构筑表界面电化学能量存储与转化、微纳能源异质结构增材制造及自驱动电催化等研究领域.(1)富含介孔的亲水性生物质碳.运用一步造孔和活化技术,获得分子氧催化还原性能可媲美商业铂碳催化剂的三维杂原子掺杂高级碳材料,揭示碳材料的生成机理及电化学催化还原氧的分子转化规律.

摘要： 聚苯胺(PANI)是一种性能优良的导电高聚物,也是一种良好的电极表面修饰剂。近年来不少研究者将高度分散的过渡金属(Pt、Pd等)微粒嵌入PANI中,作为新型电极材料用于有机小分子的电催化氧化,这些电极因都表现出很好的电催化活性而引起人们的重视.氧化钼(MoO)电化学活性高、并具有电致变色、电化学催化等性能,已引起广泛关注。将MoO与PANI复合,有望制备出高催化性能的电极材料。

摘要： 介孔材料是指孔径大小在2-50nm、可人为调控的一类特殊多孔纳米材料。此外，介孔材料表面积大、吸附能力强、传质速度快，因而已在催化、分离、能源、材料等领域取得了广泛应用。本论文以F-127为定向模板，合成出介孔TiO2纳米颗粒，然后制成介孔TiO2修饰电极。研究了介孔TiO2修饰电极的电化学传感特性，结果表明介孔 TiO2可以显著提高电极的响应面积和电子交换速度。此外，系统研究了对甲基苯酚的电化学行为。介孔 TiO2修饰电极显著提高对甲基苯酚的氧化信号，说明介孔 TiO2对对甲基苯酚的氧化有很好的增敏效应。在此基础上，建立了一种灵敏、简便、快速测定对甲基苯酚的新方法。

摘要： 直接甲醇燃料电池(DMFC)是近年来开发出的一种新型质子交换膜燃料电池,是一种新型的绿色能源技术。在DMFC的研究中,阴阳极催化剂的研究在尤为关键,以下是当前急需解决两个方面的问题:1)制备常温高效催化甲醇电化学氧化(MOR)的阳极催化剂,2)研究对氧的电化学还原(ORR)具有高活性且耐甲醇的阴极催化剂。本文以葡萄糖为还原剂，在水热条件下原位将铂纳米粒子沉积在碳纳米管的管壁上，通过对反应条件的控制，笔者制备了两种具有不同结构的铂－碳纳米管复合物。

摘要： 利用电化学共沉积法,在pH=1.7的水溶液中制备了聚苯胺(PANI)/氧化钼(MoOx)有机陶瓷膜.循环伏安(CV)实验结果表明,PANI/MoOx膜在0.10mol·dm3H2SO4溶液中表现出了PANI及MoOx的氧化还原行为.PANI/MoOx膜的FT-IR谱图上出现了PANI及MoOx的特征吸收蜂.XRD实验结果表明,MoOx以钼青铜形式存在于PANI/MoOx膜中.PANI/MoOx膜对卤素含氧酸根电化学还原有良好的催化性能.

摘要： 通过电化学氧化含有胺基基团的化合物,可直接在充蜡石墨电极(WGE)上共价键合2-氨乙基硫醇(AET),制备成单分子层化学修饰电极AET/WGE.研究证明,该修饰电极可以选择性地电化学催化氧化尿酸,因而可用于抗坏血酸存在下测定尿酸或同时测定尿酸和抗坏血酸.在Ph6.0磷酸缓冲溶液中,线扫伏安法的检测下限达到4.8×10mol/L UA (3σ),线性范围为1.0×10-2.0×10mol/L.AET/WGE有高度的稳定性和可靠性,适于长时间使用.这方法可以推广为实际样品中尿酸的日常检测.

摘要： 负载分散贵金属微/纳米颗粒的导电基体材料在电催化、能源、生物、光学和电子器件等领域都有着重要的应用前景.近年来有不少研究报道提出采用具有优良电学和光学性能的氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜作为导电基体,在其表面负载贵金属颗粒.然而前人研究发现制备颗粒与ITO基体的结合力不佳,严重制约了ITO电极在相关领域中的应用.本文提出采用无任何有机添加剂的电沉积方法,在ITO表面组装Pt颗粒,通过在电沉积过程中引入超声场,以显著增强沉积颗粒与基体的结合力.通过“原位”扫描电镜观察发现超声电沉积所制备的电极中Pt颗粒与基体的结合力大幅提高.电化学分析表明与普通电沉积方法制备的电极相比,超声电沉积所获电极具有更高的电化学稳定性.

摘要： 负载分散贵金属微/纳米颗粒的导电基体材料在电催化、能源、生物、光学和电子器件等领域都有着重要的应用前景.近年来有不少研究报道提出采用具有优良电学和光学性能的氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜作为导电基体,在其表面负载贵金属颗粒.然而前人研究发现制备颗粒与ITO基体的结合力不佳,严重制约了ITO电极在相关领域中的应用.本文提出采用无任何有机添加剂的电沉积方法,在ITO表面组装Pt颗粒,通过在电沉积过程中引入超声场,以显著增强沉积颗粒与基体的结合力.通过“原位”扫描电镜观察发现超声电沉积所制备的电极中Pt颗粒与基体的结合力大幅提高.电化学分析表明与普通电沉积方法制备的电极相比,超声电沉积所获电极具有更高的电化学稳定性.

摘要： 负载分散贵金属微/纳米颗粒的导电基体材料在电催化、能源、生物、光学和电子器件等领域都有着重要的应用前景.近年来有不少研究报道提出采用具有优良电学和光学性能的氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜作为导电基体,在其表面负载贵金属颗粒.然而前人研究发现制备颗粒与ITO基体的结合力不佳,严重制约了ITO电极在相关领域中的应用.本文提出采用无任何有机添加剂的电沉积方法,在ITO表面组装Pt颗粒,通过在电沉积过程中引入超声场,以显著增强沉积颗粒与基体的结合力.通过“原位”扫描电镜观察发现超声电沉积所制备的电极中Pt颗粒与基体的结合力大幅提高.电化学分析表明与普通电沉积方法制备的电极相比,超声电沉积所获电极具有更高的电化学稳定性.

摘要： 负载分散贵金属微/纳米颗粒的导电基体材料在电催化、能源、生物、光学和电子器件等领域都有着重要的应用前景.近年来有不少研究报道提出采用具有优良电学和光学性能的氧化铟锡(ITO)透明导电薄膜作为导电基体,在其表面负载贵金属颗粒.然而前人研究发现制备颗粒与ITO基体的结合力不佳,严重制约了ITO电极在相关领域中的应用.本文提出采用无任何有机添加剂的电沉积方法,在ITO表面组装Pt颗粒,通过在电沉积过程中引入超声场,以显著增强沉积颗粒与基体的结合力.通过“原位”扫描电镜观察发现超声电沉积所制备的电极中Pt颗粒与基体的结合力大幅提高.电化学分析表明与普通电沉积方法制备的电极相比,超声电沉积所获电极具有更高的电化学稳定性.

摘要： 本发明的目的在于提供由于在电极层形成时不制作浆料因此电极的生产性优异、由于作为分散剂不需要水溶性高分子成分因此能够实现低电阻化，且得到的电极的厚度精度及柔软性优异的电化学元件电极用粘合剂、使用了其的电极用复合体、电极、电化学元件以及电化学元件的制造方法。本发明涉及的电化学元件电极用粘合剂由玻璃化转变温度为35～80°C、初级粒子的体积基准D50平均粒径为80～1000nm的聚合物形成，其120°C的挥发成分少于1重量％，且该粘合剂为粉末状复合化粒子。

摘要： 本发明的目的在于提供一种内阻低、能够进行快速充电的电化学元件用集电体的制造方法。本发明中的电化学元件用集电体的制造方法，具有在金属箔上涂布涂布液后，除去所述有机溶剂，在所述金属箔上形成被覆层的工序，所述涂布液含有：选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、糊精、普鲁兰多糖、葡聚糖、瓜尔胶、和羟丙基瓜尔胶中的至少一种、2价以上的有机酸或其衍生物、碳粒子、和有机溶剂。

摘要： 电化学电池用电极催化剂层具备第1催化剂层和第2催化剂层。在80°C·40％RH下测定的第1催化剂层的电池电阻比第2催化剂层的电池电阻低。电化学电池用电极催化剂层以第1催化剂层配置于比第2催化剂层更靠近电解质膜一侧的方式来使用。优选的是，第1催化剂层中包含的第1催化活性成分及第2催化剂层中包含的第2催化活性成分各自独立地包含选自由铂、钯、钌及铱组成的组中的至少1种元素。

摘要： 本发明提供一种电化学元件用粘结剂组合物，其能够使导电性碳材料稳定地分散、并且能够使电化学元件发挥优异的输出特性和高电压循环特性。本发明的电化学元件用粘结剂组合物包含聚合物和第13族元素，上述聚合物包含含腈基单体单元和亚烷基结构单元，本发明的电化学元件用粘结剂组合物满足关系式：0.1≤M/I≤150[式中，I为聚合物的碘值[g/100g]、M为第13族元素的浓度[ppm]]。

摘要： 本发明提供一种能够使电化学元件发挥优异的倍率特性和高温保存特性的、涉及电化学元件的新技术。本发明在制造电化学元件时，使用包含聚合物A的电化学元件用分散剂组合物。聚合物A含有含腈基单体单元，聚合物A在溶于N‑甲基‑2‑吡咯烷酮、在温度25°C测定的固有粘度为0.15dL/g以上且小于1.20dL/g。

摘要： 本发明提供一种电化学元件用分散剂组合物，其包含聚合物，上述聚合物含有含腈基单体单元和亚烷基结构单元。在对该组合物中包含的聚合物进行动态光散射测定的情况下，该聚合物检测出的体积平均粒径D50的值(A)为50nm以上且800nm以下、并且在5μm以上且30μm以下的粒径范围检测出至少一个峰。

摘要： 本发明提供一种可确保电化学元件的高度安全性的电化学元件用添加剂。该电化学元件用添加剂可用于电化学元件中，体积膨胀倍率成为2倍以上的温度超过150°C且小于400°C，并且，(A)属于元素周期表第2族的各元素的含量小于100质量ppm，(B)属于元素周期表第17族的各元素的含量小于100质量ppm，(C)Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu及Zn各元素的含量小于5质量ppm。

摘要： 本发明的目的在于提供由于在电极层形成时不制作浆料因此电极的生产性优异、由于作为分散剂不需要水溶性高分子成分因此能够实现低电阻化，且得到的电极的厚度精度及柔软性优异的电化学元件电极用粘合剂、使用了其的电极用复合体、电极、电化学元件以及电化学元件的制造方法。本发明涉及的电化学元件电极用粘合剂由玻璃化转变温度为35～80°C、初级粒子的体积基准D50平均粒径为80～1000nm的聚合物形成，其120°C的挥发成分少于1重量％，且该粘合剂为粉末状复合化粒子。

摘要： 本发明的目的在于提供一种内阻低、能够进行快速充电的电化学元件用集电体的制造方法。本发明中的电化学元件用集电体的制造方法，具有在金属箔上涂布涂布液后，除去所述有机溶剂，在所述金属箔上形成被覆层的工序，所述涂布液含有：选自甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟乙基乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、糊精、普鲁兰多糖、葡聚糖、瓜尔胶、和羟丙基瓜尔胶中的至少一种、2价以上的有机酸或其衍生物、碳粒子、和有机溶剂。

摘要： 本公开提供一种电化学器件的电极催化剂，其能够降低由离聚物所致的催化剂金属的中毒。本公开的电化学器件的电极催化剂是包含介孔材料和担载于介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电化学器件的电极催化剂，介孔材料具有介孔，在担载催化剂金属粒子之前，所述介孔的众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm