任素贞
,
郭亚男
,
马少博
,
毛庆
,
吴丹丹
,
杨莹
,
景洪宇
,
宋雪旦
,
郝策
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(17)62846-8
燃料电池具有较高的能量密度和发电效率,以清洁能源为原料,零污染排放,是一种具有发展前景的能量储存和转化装置.阴极氧还原反应(ORR)在燃料电池中起着关键作用.ORR广泛采用贵金属铂基催化剂,但是它们价格昂贵,电子动力学转移速率慢,碱性条件下易团聚,这些亟需解决的问题阻碍了燃料电池商业化进程.近期,一些非贵金属催化剂被广泛研究,例如氮掺杂碳材料、Fe/N/C和Co/N/C材料等,它们有可能在未来替代铂基催化剂.我们的目标是合成新型高催化活性的Co/N/C及其衍生非贵金属材料,用于ORR催化反应.由于石墨烯具有独特的形貌、较大的比表面积和良好的导电性,其表面含有功能化的官能团,所以我们选择石墨烯作为碳载体.首先,用改性休克尔方法合成了氧化石墨烯(GO),为了提高其催化活性,采用聚吡咯作为氮源对其进行了氮掺杂,制备了聚吡咯/氧化石墨烯(Ppy/GO).通过ORR催化性能测试发现,GO对ORR具有一定的催化活性,它的起始电位和阴极电流电位分别为–0.31 V vs SCE和–0.38 V vs SCE;Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V vs SCE和–0.38 V vs SCE,氮掺杂对GO的催化活性有所提高.采用水热法沉积氧化钴合成了Co3O4/聚吡咯/氧化石墨烯(Co3O4/Ppy/GO).其形貌为Co3O4分散在氮掺杂GO表面.在KOH电解质(0.1 mol/L)中测试,Co3O4/Ppy/GO的起始电位和阴极电流电位分别为–0.20 V和–0.38 V vs SCE.经过800℃高温煅烧处理后,Co3O4/Ppy/GO-800的催化活性明显提高,起始电位和阴极电流电位分别达到–0.10 V和–0.18 V vs SCE.ORR电子转移数为3.4,接近于4电子反应途径.Co3O4/Ppy/GO对ORR的催化活性及4电子催化选择性较高,可能是由于纳米形态的Co3O4和Ppy/GO之间具有较强的表面作用力,聚吡咯掺杂的氧化石墨烯具有较强的电子储存及释放能力.综上,我们通过水热法制备了钴、氮共掺杂的GO,并研究了其对ORR的催化活性和电子转移选择性.结果表明Co3O4/Ppy/GO是一种高效的非贵金属电催化剂,在碱性电解质中具有很高的ORR催化活性,在燃料电池阴极催化剂方面很有前景.
关键词:
非贵金属电催化剂
,
四氧化三钴
,
聚吡咯
,
氧化石墨烯
,
氧还原反应
,
质子交换膜燃料电池
陈维民
,
梁振兴
,
张洪武
,
任素贞
,
王琪
,
孙公权
,
辛勤
功能材料
聚合物-填料复合材料以其低廉的成本、简便的成型工艺、良好的气密性和耐腐蚀性而被认为是直接甲醇燃料电池(DMFC)双极板的适用材料之一.本文对模压成型的聚合物-填料复合材料进行了测试.四探针测试仪的测试结果显示材料的导电性良好,并且沿厚度方向的电导率高于沿平面方向的电导率.模拟DMFC阳极和阴极的内部环境以检验材料的耐腐蚀性,结果表明,该材料在DMFC的工作环境中无明显腐蚀现象.材料的气密性极佳.此种复合材料满足DMFC对于低成本双极板的要求.
关键词:
燃料电池
,
复合双极板
,
聚合物-填料
,
直接甲醇燃料电池
束庆宇
,
王新平
,
任素贞
,
施维
催化学报
在常规固定床流动反应体系中研究了Pd-Sn-K/SiO2催化剂上气/固相氧化条件下甲苯与乙酸一步合成乙酸苄酯的反应. 结果表明,金属态钯是催化甲苯氧乙酰化合成乙酸苄酯的高活性组分,锡化合物的存在可明显提高催化剂的活性. 催化剂的活性与制备方法密切相关,用H2将SiO2上负载的钯化合物还原之后再负载锡化合物所得催化剂的活性较高. XRD分析结果表明,钯还原前负载锡化合物所得催化剂的活性大幅度降低的原因在于Pd和Sn形成了金属间化合物. 使用Pd/SiO2质量比为0.015, K∶Sn∶Pd摩尔比为27∶3∶1的Pd-Sn-K/SiO2催化剂,在反应温度为180 ℃,混合原料气甲苯∶乙酸∶氧气∶氮气摩尔比为1∶4∶1∶4以及空速为 1 680 h-1的条件下,甲苯转化率可达25.3%, 乙酸苄酯选择性为91%. 以TiO2和ZrO2代替SiO2载体,或以其它变价金属氧化物代替Sn氧化物助剂或金属钯,均未发现有更好的催化效果.
关键词:
甲苯
,
乙酸
,
氧乙酰化
,
乙酸苄酯
,
钯
,
负载型催化剂
郑军
,
王旭珍
,
张海鹰
,
曲江英
,
任素贞
功能材料
以工业高纯氧化钕微粉为起始原料,在不使用表面活性剂的情况下通过简单的水热合成法制备出氢氧化钕一维纳米棒,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其组成及形貌结构进行了系统表征.研究表明,合成过程中水热体系的反应温度、pH值、反应物初始浓度及反应时间对最终产物的形貌结构具有较大影响,当反应温度为180℃、溶液体系pH值约为9.5、Nd3+浓度为0.12mol/L时,经12h反应可以大量制备形态均一、相纯度高的六方相氢氧化钕晶体纳米棒.该氢氧化钕纳米棒在空气气氛下500℃焙烧后形成具有体心立方结构的C型Nd2O3,该Nd2O3仍具有一维纳米棒形貌.
关键词:
氢氧化钕
,
氧化钕
,
纳米棒
,
水热法
王旭珍
,
周泉
,
任素贞
,
万鹏
,
邱介山
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.03.009
以氧化石墨和二茂铁为原料，采用溶剂热法原位一步合成了 Fe3 O4/还原氧化石墨烯(Fe3 O4/RGO)复合物，通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、循环伏安测试等手段对复合材料的形貌、结构、磁性能和电化学性能进行了表征。结果表明，该方法具有简单、可控的优点，通过调变前驱物中氧化石墨和二茂铁的比例，可以控制复合物中Fe3 O4纳米粒子的负载量。所制备 Fe3 O4/RGO 复合材料由平均粒径约20 nm 的 Fe3 O4纳米颗粒高度分散在还原氧化石墨烯片层上组成，具有较好的超顺磁性，电化学稳定性和良好的倍率性能。
关键词:
Fe3 O4
,
还原氧化石墨烯
,
溶剂热
,
电化学性能
任素贞
,
梁振兴
,
辛勤
,
孙公权
,
杨学锋
膜科学与技术
doi:10.3969/j.issn.1007-8924.2005.04.011
目前,全氟磺酸系列膜(如Nafion 系列膜)在直接甲醇燃料电池(DMFC)中得到较为广泛的应用,但其成本较高;阻醇性能差;在膜内水含量较低或温度高于100℃又无水补充时,电导率会明显下降,不利于高温(＞100℃)DMFC运行.因此,专家学者们正在研究、开发阻醇的廉价的质子交换膜.对近两三年各国研究的应用于DMFC中的阻醇的廉价的质子交换膜进行简要介绍和性能比较.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
质子交换膜
,
质子传导能力
,
甲醇渗透率
束庆宇
,
王新平
,
曹大勇
,
任素贞
催化学报
采用分步初湿浸渍法制备了K-Sn-Pd/SiO2催化剂,研究了该催化剂对甲苯乙酰氧基化反应制乙酸苄酯的催化活性.发现锡氧化物和乙酸钾对催化剂活性有很大的促进作用,而氯离子对催化剂活性有抑制作用,PdCl2和锡氧化物的负载顺序对催化剂的活性有显著的影响.在先负载PdCl2再负载锡氧化物所得的K-Sn-Pd/SiO2催化剂上,当反应温度为453 K,混合原料气空速为1 634 h-1时,甲苯的转化率达到8.00%,乙酸苄酯的选择性为84%.
关键词:
钯
,
锡
,
钾
,
负载型催化剂
,
甲苯
,
乙酰氧基化
,
乙酸苄酯
李辰楠
,
孙公权
,
梁振兴
,
任素贞
,
赵新生
,
辛勤
功能材料
利用异丙醇水溶液溶解废弃Nafion膜,异丙醇体积分数在60%～75%之间的水溶液能在220℃相对较快的溶解Nafion膜制得溶液,利用二甲基亚砜(DMSO)作为溶剂制备再铸膜.再铸膜酸度(EW)和溶胀度(SW)测试结果接近商品膜数值;红外光谱、X射线衍射分析表明再铸膜具有与商品膜相似的结构;甲醇渗透、电池性能测定结果表明,与商品Nafion115膜相比,具有相同厚度的再铸膜降低了甲醇渗透,适合应用于直接甲醇燃料电池中.
关键词:
直接甲醇燃料电池
,
Nafion
,
再铸膜
,
甲醇渗透
