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石墨烯负载Fe-N/C复合型氧还原催化剂 被引量:3
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作者 李赏 李沛 +2 位作者 赵伟 康欢 潘牧 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1737-1742,共6页
采用浸渍法,以聚吡咯为配体,在合成过程中掺入氧化石墨烯,制备了具有三明治结构的NG/Fe-N/C复合型催化剂,通过石墨烯和Fe-N/C之间的协同效应,提高了复合型催化剂的氧还原活性和耐久性能.采用XRD,SEM,TEM和XPS等方法对催化剂的化学成分... 采用浸渍法,以聚吡咯为配体,在合成过程中掺入氧化石墨烯,制备了具有三明治结构的NG/Fe-N/C复合型催化剂,通过石墨烯和Fe-N/C之间的协同效应,提高了复合型催化剂的氧还原活性和耐久性能.采用XRD,SEM,TEM和XPS等方法对催化剂的化学成分、物理结构和形貌进行了表征.结果表明,当氧化石墨烯的掺入质量分数为25%,热处理温度为800℃时,催化剂具有最佳氧还原活性.循环伏安加速测试表明,NG/Fe-N/C-25催化剂稳定性优于商业20%Pt/C催化剂.NG/Fe-N/C-25催化剂的氮含量为5.17%,其中,石墨氮和吡啶氮的含量分别占44.35%和32.66%,较高的石墨氮和吡啶氮含量使催化剂具有优良的氧还原反应(ORR)催化活性和稳定性. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 聚吡咯 掺氮石墨烯 氧还原反应 稳定性 三明治结构NG/fe-n/c催化剂
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以Fe-N/C为阴极催化剂的Al-H2O2半燃料电池 被引量:1
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作者 田永梅 徐暘 +2 位作者 高原 曹殿学 王贵领 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第8期1125-1127,共3页
以铝合金为阳极,Fe-N/C为阴极组装了金属过氧化氢半燃料电池,研究了H2O2浓度、KOH浓度、电解液流速及测试温度对电池性能的影响。结果表明,过氧化氢浓度为0.6 mol/L、KOH浓度为3 mol/L、电解液流速为80 mL/min时电池的开路电压为1.3 V,... 以铝合金为阳极,Fe-N/C为阴极组装了金属过氧化氢半燃料电池,研究了H2O2浓度、KOH浓度、电解液流速及测试温度对电池性能的影响。结果表明,过氧化氢浓度为0.6 mol/L、KOH浓度为3 mol/L、电解液流速为80 mL/min时电池的开路电压为1.3 V,最大功率密度达到51 mW/cm2。恒电流放电表明电池在碱性溶液中稳定性良好。 展开更多
关键词 Al-H2O2半燃料电池 fe-n/c阴极催化剂 H2O2电还原
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三聚氰胺衍生的高石墨氮中空管状Fe-N/C催化碱性氧还原反应
3
作者 赵晓琦 李晶 +3 位作者 张雪 李盈霄 高艳芳 刘玲 《内蒙古工业大学学报(自然科学版)》 2023年第4期309-317,共9页
以煅烧三聚氰胺后形成的C3N4材料为氮源,柠檬酸为碳源,六水合三氯化铁为铁源,通过两步法合成FeN/C催化剂,并考察该催化剂对氧还原反应的电催化能力。采用XRD、SEM、Raman、XPS等表征手段对Fe-N/C催化剂的晶体结构和元素化学状态进行综... 以煅烧三聚氰胺后形成的C3N4材料为氮源,柠檬酸为碳源,六水合三氯化铁为铁源,通过两步法合成FeN/C催化剂,并考察该催化剂对氧还原反应的电催化能力。采用XRD、SEM、Raman、XPS等表征手段对Fe-N/C催化剂的晶体结构和元素化学状态进行综合评价;以CV和LSV等电化学测试手段探究Fe-N/C催化剂的氧还原电催化能力。研究结果表明,Fe-N/C催化剂具有管状形貌、较高的石墨氮含量和较佳的氧还原电催化能力。通过对电化学性能关键参数进行分析发现,Fe-N/C催化剂的起始电位是1.071 V vs. RHE,半波电位是0.911 V vs. RHE,极限电流密度是5.943 mA/cm2。 展开更多
关键词 氧还原反应 燃料电池 fe-n/c催化剂 空心管电催化剂 氮掺杂碳
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Biomass derived Fe-N/C catalyst for efficiently catalyzing oxygen reduction reaction in both alkaline and neutral pH conditions
4
作者 Lin-Qian Yu Hao Wang +3 位作者 Shu-La Chen Te-Er Wen Bao-Cheng Huang Ren-Cun Jin 《Chinese Chemical Letters》 SCIE CAS CSCD 2023年第1期465-468,共4页
Fe-N/C is a promising oxygen reduction reaction(ORR)catalyst to substitute the current widely used precious metal platinum.Cost-effectively fabricating the Fe-N/C material with high catalytic activity and getting in-d... Fe-N/C is a promising oxygen reduction reaction(ORR)catalyst to substitute the current widely used precious metal platinum.Cost-effectively fabricating the Fe-N/C material with high catalytic activity and getting in-depth insight into the responsible catalytic site are of great significance.In this work,we proposed to use biomass,tea leaves waste,as the precursor to prepare ORR catalyst.By adding 5%FeCl3(wt%)into tea precursor,the pyrolysis product(i.e.,5%Fe-N/C)exhibited an excellent four-electron ORR activity,whose onset potential was only 10 m V lower than that of commercial Pt/C.The limiting current density of 5%Fe-N/C(5.75 m A/cm^(2))was even higher than Pt/C(5.44 m A/cm^(2)).Compared with other biomass or metal organic frameworks derived catalysts,5%Fe-N/C showed similar ORR activity.Also,both the methanol tolerance and material stability performances of as-prepared 5%Fe-N/C catalyst were superior to that of Pt/C.X-ray adsorption fine structure characterization revealed that the FeN4O2might be the possible catalytic site.An appropriate amount of iron chloride addition not only facilitated catalytic site formation,but also enhanced material conductivity and reaction kinetics.The results of this work may be useful for the Fe based transition metal ORR catalyst design and application. 展开更多
关键词 fe-n/c Oxygen reduction reaction BIOMASS Fe coordination POLYPHENOL
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质子交换膜燃料电池Fe-N-C催化剂活性位点润湿性、黏附性及三相界面传质研究
5
作者 黄东 耿莉敏 吕强 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第10期148-159,共12页
为考察质子交换膜燃料电池非贵金属催化剂Fe-N-C构成的阴极催化层三相界面稳定性和传质性能,以沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)为前驱体,引入氧化石墨烯,在800~1200℃温度范围内采用热合成方法制备了一系列Fe-N-C催化剂,通过电化学测试... 为考察质子交换膜燃料电池非贵金属催化剂Fe-N-C构成的阴极催化层三相界面稳定性和传质性能,以沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)为前驱体,引入氧化石墨烯,在800~1200℃温度范围内采用热合成方法制备了一系列Fe-N-C催化剂,通过电化学测试和形貌表征,筛选出氧还原反应催化活性最佳的组别,并分析了其代表性活性位点Fe_(3)N。通过分子动力学模拟,探究了包含Fe_(3)N的阴极催化层三相界面内部传质过程以及决定该结构稳定性的活性位点表面润湿能力及其与离聚物间黏附性。研究结果表明:1000℃热解获得的Fe-N-C-1000催化剂具有最佳催化活性,其极限电流密度为5.18 mA/cm^(2),半波电位为0.86 mV,反应以4电子途径进行;Fe-N-C-1000继承了ZIF-8的十二面体结构,且存在大量孔径约3.9 nm的介孔,其代表性活性位点为Fe_(3)N;在298、358 K下,Fe_(3)N活性位点表面呈现良好亲水性,无论平整表面或纳米颗粒结构,Fe_(3)N和Nafion离聚物间的黏附性均强于Pt;在包含Fe_(3)N的三相界面中,H_(3)O+和O_(2)的扩散系数显著高于Pt/C催化剂三相界面;Fe_(3)N纳米颗粒对H_(3)O+和O_(2)也具有更强吸附能力。该研究结果可为Fe-N-C催化剂活性位点筛选和分子尺度性能评估提供参考。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 fe-n-c催化剂 氧还原反应 分子动力学模拟 三相界面 黏附性 扩散系数
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Fe-N-C单原子催化剂电催化亚硝酸盐制氨
6
作者 王雪佳 杨级 +2 位作者 蒋远 董金超 李剑锋 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期128-136,共9页
[目的]为进一步拓展单原子催化剂在亚硝酸盐还原制氨领域的应用,提出了一种铁-氮-碳(Fe-N-C)单原子催化剂电催化亚硝酸盐还原制氨的新体系.[方法]以二氧化硅为硬模板,2,6-二氨基吡啶为碳氮前驱体,硝酸铁为金属盐,通过“热解-刻蚀”策略... [目的]为进一步拓展单原子催化剂在亚硝酸盐还原制氨领域的应用,提出了一种铁-氮-碳(Fe-N-C)单原子催化剂电催化亚硝酸盐还原制氨的新体系.[方法]以二氧化硅为硬模板,2,6-二氨基吡啶为碳氮前驱体,硝酸铁为金属盐,通过“热解-刻蚀”策略制备了Fe-N-C单原子催化剂,并将其应用于亚硝酸盐制氨反应.[结果]多种结构表征结果显示,Fe-N-C催化剂表面的Fe物种呈现高度分散特征并以单原子形式存在.此外,Fe物种的化学环境主要是+2和+3价混合态,且通过与4个吡啶氮配位而稳定存在,即Fe-N-C催化剂的金属中心微观配位环境为Fe-N4结构.与纯氮碳(N-C)载体相比,本研究制备的Fe-N-C催化剂具有优异的亚硝酸盐还原性能,不仅表现出更高的起始还原电位(0 V vs可逆氢电极),具有接近100%的产氨法拉第效率和高的氨产率[8.4 mg/(h·cm^(2))],并且在连续20次催化循环测试中显示出优异的催化稳定性.[结论]本研究制备的Fe-N-C单原子催化剂对亚硝酸盐还原制氨具有优异的电催化活性,其高活性可能来源于对NO_(2)^(-)的显著吸附,并进一步促进活性氢参与脱氧加氢过程.该Fe-N-C单原子催化亚硝酸盐还原体系可为后续合成氨的活性中心设计提供指导方向. 展开更多
关键词 fe-n-c单原子催化剂 电催化 亚硝酸盐还原 合成氨
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硅烷偶联剂衍生Fe-N-C阴极电芬顿降解罗丹明B
7
作者 马家乐 周鹏飞 +1 位作者 陈帝好 严祥辉 《水处理技术》 北大核心 2025年第4期85-91,共7页
以硅烷偶联剂、三嵌段共聚物F127、邻氨基苯酚为主要前驱体,通过水热法结合热裂解、碱刻蚀合成了系列Fe-N-C材料,研究了F127平均分子量、Fe-N-C材料结构性质与其电催化氧还原反应(ORR)和在电芬顿(EF)系统降解罗丹明B(Rh B)性能间的合成... 以硅烷偶联剂、三嵌段共聚物F127、邻氨基苯酚为主要前驱体,通过水热法结合热裂解、碱刻蚀合成了系列Fe-N-C材料,研究了F127平均分子量、Fe-N-C材料结构性质与其电催化氧还原反应(ORR)和在电芬顿(EF)系统降解罗丹明B(Rh B)性能间的合成-结构-性能关系。结果表明,随着F127平均分子量的增加,制备的Fe-N-C微球的物相及碳结构几乎不受其影响,但总体上Fe-N-C微球分散度变高,颗粒尺寸变小,而其表面氮含量和比表面积都呈现出先增加再降低的趋势;其中利用中等平均分子量(Mn~2900)的F127获得的Fe-N-C材料(APD/o APF/F_(2)-Fe_(1.5)-HT2)兼具有较好的球形度、较高的石墨化程度、最高的氮含量和比表面积以及极低的晶态铁物种含量;相应地,APD/o APF/F_(2)-Fe_(1.5)-HT2以4e-反应途径催化ORR且展示出媲美商业Pt/C催化剂的活性;上述系列Fe-N-C微球作为阴极在EF中也能够实现对Rh B的有效降解,尤其APD/o APF/F_(2)-Fe_(1.5)-HT2在90 min降解Rh B的百分率达92.7%,且显示出良好的循环稳定性。 展开更多
关键词 硅烷偶联剂 三嵌段共聚物F127 fe-n-c催化剂 氧还原反应 电芬顿 罗丹明B
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热处理温度对Fe-N-C-t催化ORR性能的影响及动力学研究 被引量:1
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作者 张晶 马飞 +1 位作者 柳璐 张蓉 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1195-1200,共6页
选用天然高分子化合物壳聚糖(CS)与水杨醛(salicylaldehyde)反应生成壳聚糖水杨醛席夫碱(CS-Sal),CS-Sal又与过渡金属Fe盐发生螯合反应,得到壳聚糖水杨醛席夫碱Fe配合物(Fe-CS-Sal)。将Fe-CS-Sal负载于活化的高纯石墨上,在N2氛围中进行... 选用天然高分子化合物壳聚糖(CS)与水杨醛(salicylaldehyde)反应生成壳聚糖水杨醛席夫碱(CS-Sal),CS-Sal又与过渡金属Fe盐发生螯合反应,得到壳聚糖水杨醛席夫碱Fe配合物(Fe-CS-Sal)。将Fe-CS-Sal负载于活化的高纯石墨上,在N2氛围中进行不同温度的热处理,得到系列催化剂Fe-N-C-t(t=200℃,400℃,600℃,800℃,1000℃)。运用循环伏安法(CV)、计时库仑法(CC)研究了Fe-N-C-t催化剂电催化氧还原反应(ORR)的催化性能,并结合FT-IR、XRD结构表征,探索了Fe-N-C-t催化剂电催化ORR的催化活性位。结果表明,催化剂Fe-N-C-1000对ORR的电催化活性最好。同时根据循环伏安法和计时电流法计算得出ORR的动力学参数,提出了在此催化剂上可能发生的ORR的催化机理。 展开更多
关键词 热处理 fe-n-c-t 电化学 催化剂 氧还原 动力学
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Fe-N-C材料的制备及电催化氧还原性能研究
9
作者 严祥辉 蒙紫薇 +1 位作者 刘佳 张云杰 《石油化工应用》 CAS 2016年第10期122-125,134,共5页
Fe-N-C材料是目前非常有潜力的一类非贵金属氧还原电极催化剂。本论文分别以导电碳黑(HG-1F)、苯胺、Fe Cl3为碳载体、含氮前驱体、铁前驱体,依次经过聚合、热处理和酸处理获得了多孔Fe-N-C材料。电化学测试结果表明,多孔Fe-N-C材料在0.... Fe-N-C材料是目前非常有潜力的一类非贵金属氧还原电极催化剂。本论文分别以导电碳黑(HG-1F)、苯胺、Fe Cl3为碳载体、含氮前驱体、铁前驱体,依次经过聚合、热处理和酸处理获得了多孔Fe-N-C材料。电化学测试结果表明,多孔Fe-N-C材料在0.1 M KOH中催化氧还原反应(ORR)的活性随酸处理时间呈火山型变化,其中酸处理4 h的样品对ORR具有较高的催化活性,促使ORR主要以4电子反应途径进行。 展开更多
关键词 fe-n-c材料 非贵金属催化剂 苯胺 酸处理 氧还原反应
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新型介孔Fe-N-C阴极催化剂用于微生物燃料电池 被引量:2
10
作者 范泽宇 李俊 +3 位作者 杨伟 张亮 廖强 朱恂 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2859-2865,共7页
使用空气阴极的微生物燃料电池(MFC)能够在回收转化污水产生电能的同时直接利用空气中的氧气从而具有较大的应用前景。因此,阴极良好的氧还原(ORR)反应能力对MFC产电性能起到至关重要的作用。目前铂是公认的ORR性能最好的催化剂,但其价... 使用空气阴极的微生物燃料电池(MFC)能够在回收转化污水产生电能的同时直接利用空气中的氧气从而具有较大的应用前景。因此,阴极良好的氧还原(ORR)反应能力对MFC产电性能起到至关重要的作用。目前铂是公认的ORR性能最好的催化剂,但其价格昂贵,且易受微生物代谢毒化,不适合应用在MFC中。越来越多的研究集中在有良好的催化活性和稳定性的碳质ORR催化剂上。本文利用蛋白核小球藻作为ORR催化剂前驱体提供氮源和碳源,同时通过高温碳化引入铁元素掺杂制备出Fe-N-C ORR催化剂,研究对比了掺杂剂铁元素的价态对催化剂ORR性能的影响。实验得出三价铁直接碳化作为铁源的ORR催化剂获得了丰富的介孔结构,表现出更好的催化活性,在MFC中获得了更高的产电性能。 展开更多
关键词 微生物燃料电池 氧还原反应 蛋白核小球藻 介孔 fe-n-c
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银耳状Fe-N-C复合催化剂的制备及催化氧还原性能研究 被引量:1
11
作者 黄燕平 苑红艳 +2 位作者 张健 杨亚辉 刘洪涛 《分析化学》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1297-1302,共6页
以无机铁盐和邻苯二胺为基础原料,经铁(Ⅲ)基螯合前驱体热解反应,制备出Fe-N-C复合催化剂。经扫描电镜观察,带有折褶的碳微纳米片相互交迭,形成银耳状的三维自支撑结构。氮气吸脱附测试表明此结构富含微孔和介孔,比表面积可达290 m^2/g... 以无机铁盐和邻苯二胺为基础原料,经铁(Ⅲ)基螯合前驱体热解反应,制备出Fe-N-C复合催化剂。经扫描电镜观察,带有折褶的碳微纳米片相互交迭,形成银耳状的三维自支撑结构。氮气吸脱附测试表明此结构富含微孔和介孔,比表面积可达290 m^2/g。通过X射线衍射(XRD)确证石墨化C和多晶Fe_3C作为催化剂主相存在,X射线光电子能谱(XPS)进一步揭示N原子主要以石墨N和吡啶N形式掺杂到C骨架中。电化学测试表明银耳状Fe-N-C复合催化剂在碱性条件下催化氧还原反应为四电子过程,其催化活性可媲美商业Pt/C催化剂。经过2000次氧还原测试后,催化极限电流衰减小于5%,并且半波电势仅负移5 mV(商业Pt/C催化剂负移35 mV),表现出优异的氧还原催化稳定性。 展开更多
关键词 氧还原反应 fe-n-c复合催化剂 多孔结构 催化活性 催化稳定性
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Fe-N-C氧还原电催化剂的失活机制及延寿策略 被引量:1
12
作者 李隆浩 周伟 +3 位作者 谢亮 杨潮伟 孟晓晓 高继慧 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第3期376-392,共17页
在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,Fe-N-C催化剂是最有希望替代Pt的非贵金属氧还原(ORR)催化剂。然而目前高活性Fe-N-C催化剂的实际应用仍然受限于其稳定性不足。本文系统总结了Fe-N-C催化剂常见的合成方法(空间限制法和模板法等),概括了... 在质子交换膜燃料电池(PEMFC)中,Fe-N-C催化剂是最有希望替代Pt的非贵金属氧还原(ORR)催化剂。然而目前高活性Fe-N-C催化剂的实际应用仍然受限于其稳定性不足。本文系统总结了Fe-N-C催化剂常见的合成方法(空间限制法和模板法等),概括了用于评估催化剂稳定性的半电池与单电池测试方法,分析了两种测试结果存在差异的原因,阐述了Fe-N-C催化剂的4种失活机理,从构筑稳定的碳载体、构筑稳定的活性位点和避免发生Fenton反应三个角度总结了提升稳定性的方法。最后展望了Fe-N-C催化剂未来的发展方向。 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 氧还原 fe-n-c催化剂 稳定性 失活机制 延寿策略
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磁性介孔Al_(2)O_(3)负载Fe-N-C催化剂的制备及其在卤代硝基苯转移加氢反应中的性能研究 被引量:1
13
作者 周丽 李军旗 +2 位作者 张伟 陈朝轶 兰苑培 《分子催化》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期221-234,I0002,共15页
将1,10-邻菲罗啉-Fe^(2+)(Phen-Fe^(2+))负载在磁性介孔Fe_(3)O_(4)@nSiO_(2)@Al(OH)_(3)前驱体上,以三聚氰胺作为碳氮源,经高温碳热还原制备得到磁性介孔Fe-N-C/Fe_(3)O_(4)@nSiO_(2)@Al_(2)O_(3)催化剂.当催化剂的焙烧温度为700℃,Phe... 将1,10-邻菲罗啉-Fe^(2+)(Phen-Fe^(2+))负载在磁性介孔Fe_(3)O_(4)@nSiO_(2)@Al(OH)_(3)前驱体上,以三聚氰胺作为碳氮源,经高温碳热还原制备得到磁性介孔Fe-N-C/Fe_(3)O_(4)@nSiO_(2)@Al_(2)O_(3)催化剂.当催化剂的焙烧温度为700℃,Phen-Fe^(2+)理论负载量为6%,反应时间90 min时卤代硝基苯的转化率及对应苯胺的选择性均高于99.0%.Fe-N-C/Fe_(3)O_(4)@n SiO_(2)@Al_(2)O_(3)具有较大的比表面积和丰富的孔径结构,使得Fe活性物种具有良好的分散性,有利于反应的传质过程.Phen-Fe^(2+)配体能够限制Fe活性物种的过度生长,得到较小粒径尺寸的活性组分.三聚氰胺和Phen经高温焙烧后可以引入介孔氮掺杂碳层,不仅可以对Fe活性物种起到锚定作用,增加催化剂的稳定性,还可以对Fe活性物种起到稳定作用,避免团聚甚至浸出.Fe-N-C/Fe_(3)O_(4)@nSiO_(2)@Al_(2)O_(3)具有的铁磁性,易于通过磁铁分离回收和再循环利用,循环使用7次后其催化活性没有显著降低,亦没有发生脱卤现象. 展开更多
关键词 磁性介孔 Al_(2)O_(3) fe-n-c 转移加氢 卤代硝基苯
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球状多孔Fe-N-C复合催化剂的制备及其氧还原催化性能 被引量:2
14
作者 李珅珅 苏苗军 +1 位作者 刘威华 刘勇 《化学研究》 CAS 2018年第4期396-400,共5页
以苯胺为原料,二氧化硅球为硬模板,采用原位聚合法制备出具有多孔结构的氮掺杂碳球,然后以三氯化铁为铁源,利用沉淀法制备出球状多孔Fe-N-C复合催化剂.通过SEM、TEM、EDS等分析手段对Fe-N-C的形貌结构及组成进行了表征,使用旋转圆盘电... 以苯胺为原料,二氧化硅球为硬模板,采用原位聚合法制备出具有多孔结构的氮掺杂碳球,然后以三氯化铁为铁源,利用沉淀法制备出球状多孔Fe-N-C复合催化剂.通过SEM、TEM、EDS等分析手段对Fe-N-C的形貌结构及组成进行了表征,使用旋转圆盘电极测试了其在碱性条件下对氧还原反应的催化活性.结果表明,其起始电位(0.961 V vs RHE)与半波电位(0.835 V vs RHE)与商业化Pt/C相近,经过7 000 s后,Fe-N-C仍保持93.53%的相对电流,显示出优异的氧还原催化稳定性. 展开更多
关键词 fe-n-c复合催化剂 燃料电池 氧还原 碱性
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MOF衍生的Fe-N-C电催化剂,用于高效氧还原反应 被引量:2
15
作者 张景涛 王奎 +3 位作者 刘乐 任杰 杨浩伟 闫晓丽 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期8103-8110,8127,共9页
由于传统能源的大量消耗与环境污染等问题,探索高效清洁的新型能源显的越来越重要。锌空电池作为一种绿色清洁能源受到了广泛的关注,然而其阴极氧还原(ORR)反应较为缓慢限制了其大规模应用。因此开发一种高效、绿色经济的非贵金属催化... 由于传统能源的大量消耗与环境污染等问题,探索高效清洁的新型能源显的越来越重要。锌空电池作为一种绿色清洁能源受到了广泛的关注,然而其阴极氧还原(ORR)反应较为缓慢限制了其大规模应用。因此开发一种高效、绿色经济的非贵金属催化剂对氧还原反应至关重要。以金属-有机骨架(MOF)作为前驱体,通过高温热解合成了铁基氮掺杂碳电催化剂(Fe-N-C)。Fe-N-C催化剂由于其较强的金属-氮配位结构可以避免金属原子的聚集和溶解,使金属原子均匀分散在氮掺杂的碳载体上,实现较高的ORR性能。制备的Fe-N-C-2催化剂具有丰富的孔隙结构和大量的Fe-N X活性位点。其在碱性电解质中半波电位为0.91 V,在酸性电解质中半波电位为0.75 V。同时将其应用于锌空电池具有高达1.47 V的开路电压和163.1 mW/cm^(2)的功率密度。该策略为设计二维结构以构建高性能电催化剂提供了一种有前途的方法。 展开更多
关键词 非贵金属催化剂 金属-有机框架 fe-n-c 氧还原反应 锌空气电池
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微细Fe-N粉的添加对Fe-C-Cu合金结构和力学性能的影响 被引量:2
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作者 李爱 丁宗凯 +4 位作者 胡洋 李航 崔国栋 杨川 张程菘 《金属热处理》 CAS CSCD 北大核心 2016年第11期193-198,共6页
将含不同质量分数Fe-N粉的混合压坯在1100℃温度下进行烧结,然后对样品采用X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)和能谱分析,并进行了金相观察和压缩强度测定,研究了微细Fe-N粉的添加对多孔Fe-C-Cu合金的结构和力学性能的影响。结果表明:... 将含不同质量分数Fe-N粉的混合压坯在1100℃温度下进行烧结,然后对样品采用X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)和能谱分析,并进行了金相观察和压缩强度测定,研究了微细Fe-N粉的添加对多孔Fe-C-Cu合金的结构和力学性能的影响。结果表明:当烧结条件为在1100℃温度下保温30 min,Fe-N粉的添加能够明显提高粉末的烧结性能;当Fe-N粉添加量为50%时,烧结样品的压缩强度得到显著提高。随着Fe-N粉的添加量增加,烧结样品的孔隙圆化。 展开更多
关键词 Fe-c-cu合金 fe-n粉末 组织结构 硬度 压缩强度
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P修饰提高Fe-N-C的氧反应活性用于高稳定的锌-空气电池 被引量:1
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作者 张光颖 刘旭 +6 位作者 张欣欣 梁志坚 邢耕宇 蔡斌 沈迪 王蕾 付宏刚 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期141-151,共11页
生物质碳基材料具有可调的微观结构、丰富的表面活性中心、优良的导电和导热性能以及较大的比表面积,已经成为新能源领域的重要基础材料.然而,应用于锌-空气电池中时,碳基材料高电位下的碳腐蚀问题严重影响了电池的稳定性,因此,开发具... 生物质碳基材料具有可调的微观结构、丰富的表面活性中心、优良的导电和导热性能以及较大的比表面积,已经成为新能源领域的重要基础材料.然而,应用于锌-空气电池中时,碳基材料高电位下的碳腐蚀问题严重影响了电池的稳定性,因此,开发具有低过电位的析氧反应(OER)催化剂来降低充电电压是解决该问题的关键.本课题组采用一种低温磷化策略制备了具有低OER过电位的P修饰的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N和生物质碳复合催化剂(P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC),其具有较好的双功能氧反应活性,氧还原反应(ORR)的半波电位为0.86 V,仅需要280 m V的OER过电位就可以达到10 m Acm-2的电流密度.以P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC作为正极组装的锌-空气电池表现出低的充放电电压差和长期稳定性,在目前报道的碳基催化剂应用于锌-空气电池中具有很大优势.此外,采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱和氧气程序升温脱附(O2-TPD)等技术研究了磷化对催化剂的结构和催化性能带来的差异原因,并利用密度泛函理论(DFT)计算研究了催化剂的OER反应机制.XPS测试结果表明,P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC的P 2p轨道观察到P-M键、P-C键和P-O键,证实P在碳纳米结构中的成功修饰.Fe_(2)pXPS谱显示,P的掺入使Fe_(2)p峰向低结合能方向移动,这表明P的表面改性改变了金属Fe物种的表面电子构型.此外,拉曼光谱结果表明,P掺杂后样品的ID/IG值增加,说明结构中具有更多的缺陷,为ORR反应提供更多的催化活性位.O2-TPD结果表明,两种催化剂在低温区域(<500℃)表现为表面缺陷上的化学吸附氧,在高温区域(>500℃)表现为晶格氧释放,这说明了催化剂中都存在表面氧空位.与P-Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC的脱附氧物种相关的峰值温度低于Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N@NPC,证明P修饰可以使催化剂具有更好的吸附/脱附氧能力,进一步降低了吸附氧分子的活化能垒.利用DFT计算分析了OER活性增强的原因.DOS结果显示,与位于E_(V)在-0.543 eV的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)N模型的Fe-3d-t2g相比,引入P的P-Fe_(3)O_(4)和P-Fe_(2)N模型分别正移到-0.442和-0.493 eV(E_(V)=0为EF(费米能级)),更接近EF.这表明,在电化学反应过程中,表面P的修饰促进了Fe位点的电子转移能力.不同模型OER/ORR过程中间体的自由能结果表明,OER的速率决定步骤为*OOH→O2,P-Fe_(3)O_(4)和P-Fe_(2)N模型的速率决定步骤自由能分别为2.25和1.02 eV,比Fe_(3)O_(4)(2.36 eV)和Fe_(2)N(1.25 eV)模型更低,说明P改性降低了驱动OER所需的最小过电位.综上,P修饰可以调节Fe位点的电子结构,促进氧中间物的吸附和解吸,从而改善OER的性能. 展开更多
关键词 fe-n-c催化剂 磷修饰 氧还原反应 析氧反应 锌-空气电池
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Honeycomb-like single-atom catalysts with FeN_(3)Cl sites for high-performance oxygen reduction
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作者 Jinfeng Xu Yu Meng +10 位作者 Xiaoyi Qiu Hong Zhong Shaokang Liu Lili Zhang Jiayang Zhang Pengxiang Hou Scott P.Beckman Feng Wu Chang Liu Minhua Shao Jincheng Li 《Advanced Powder Materials》 2025年第4期11-20,共10页
The great interest of Fe-N/C based Zn-air batteries and fuel cells intrigues large numbers of studies on modulating the pore structure for fast mass transport and the electronic structure of atomic Fe centers for enha... The great interest of Fe-N/C based Zn-air batteries and fuel cells intrigues large numbers of studies on modulating the pore structure for fast mass transport and the electronic structure of atomic Fe centers for enhancing intrinsic activity for oxygen reduction reaction(ORR).A Zn-assisted strategy herein is developed to synthesize a honeycomb-like micro-nanoscale porous Fe-N/C catalyst with atomic FeN_(3)Cl active sites.Specifically,Zn-guided synthesis of honeycomb-like porous carbon supported ZnO,ZnO-templated assembly of hemin modified ZIF-8 on honeycomb-like carbon and Zn/ZnO-assisted pyrolysis of the ZIF-8 precursor are involved.The synthetic mechanism is revealed by in-situ transmission electron microscopy imaging and in-situ X-ray diffraction analysis.Density functional theory calculations demonstrate FeN_(3)Cl can prominently lower the ORR energy barrier on the Fe centers,greatly facilitating catalytic kinetics.Hence,high ORR performance,including half-wave potentials of 0.81 V in acidic conditions and 0.91 V under alkaline media,is achieved.Besides,Zn-air batteries and H_(2)-O_(2)fuel cells base on the resulting catalyst are investigated,also exhibiting excellent battery/cell performances.This study provides a novel strategy for the preparation of honeycomb-like micro-nanoscale porous single-atom catalysts as well as a significant new insight on the catalytic mechanisms,helping to advance in energy devices. 展开更多
关键词 fe-n/c chlorine coordination Fuel cell Zn-air battery Oxygen reduction
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N掺杂TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)/C光催化剂的制备及其光催化降解性研究 被引量:2
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作者 李洁 张佳 +1 位作者 陈连喜 吕博 《化工新型材料》 北大核心 2025年第2期210-214,共5页
为寻找一种简便且具有良好孔结构的光催化剂合成路径,提升并拓宽其光催化应用范围,通过将N掺杂的双金属Ti-Fe MOFs在500℃的空气气氛中直接热解制备N掺杂TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)/C纳米结构。获得的产物显示出独特的树枝状结构,且具有较大... 为寻找一种简便且具有良好孔结构的光催化剂合成路径,提升并拓宽其光催化应用范围,通过将N掺杂的双金属Ti-Fe MOFs在500℃的空气气氛中直接热解制备N掺杂TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)/C纳米结构。获得的产物显示出独特的树枝状结构,且具有较大比表面积和良好的介孔结构。同时,红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实,在空气条件下煅烧后,衍生物仍保留了N和C成分。此外,将制备的N掺杂树枝状双金属结构多孔材料作为光催化剂用于降解亚甲基蓝(MB)染料。结果表明:N掺杂TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)/C比N掺杂非Fe参与的TiO_(2)/C和非N非Fe掺杂TiO_(2)/C具有更好的光催化性能,且N掺杂TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)/C对MB染料的有效降解率达到81%。 展开更多
关键词 Ti基-MOFs Fe基-MOFs TiO_(2)-Fe_(2)O_(3)/c N掺杂 光催化
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Fe-N-C catalysts for PEMFC: Progress towards the commercial application under DOE reference 被引量:8
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作者 Lina Wang Xin Wan +2 位作者 Shuangyu Liu Li Xu Jianglan Shui 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第12期77-87,共11页
Proton exchange membrane fuel cells(PEMFC)have attracted much attention because of their high energy conversion efficiency,high power density and zero emission of pollutants.However,the high cost of the cathode platin... Proton exchange membrane fuel cells(PEMFC)have attracted much attention because of their high energy conversion efficiency,high power density and zero emission of pollutants.However,the high cost of the cathode platinum group metal(PGM)catalysts creates a barrier for the large-scale application of PEMFC.Tremendous efforts have been devoted to the development of low-cost PGM-free catalysts,especially the Fe-N-C catalysts,to replace the expensive PGM catalysts.However,the characterization methods and evaluation standards of the catalysts varies,which is not conducive to the comparison of PGM-free catalysts.U.S.Department of energy(DOE)is the only authority that specifies the testing standards and activity targets for PGM-free catalysts.In this review,the major breakthroughs of Fe-N-C catalysts are outlined with the reference of DOE standards and targets.The preparation and characteristics of these highly active Fe-N-C catalysts are briefly introduced.Moreover,the efforts on improving the mass transfer and the durability issue of Fe-N-C fuel cell are discussed.Finally,the prospective directions concerning the comprehensive evaluation of the Fe-N-C catalysts are proposed. 展开更多
关键词 PEMFc fe-n-c catalysts U.S.DOE Test standards Activity targets
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