非贵金属氧还原催化剂的研究进展
fe-n-c催化剂机理及研究
Fe-N-C催化剂机理及研究
Fe-N-C催化剂是一类非贵金属催化剂，由铁、氮和碳组成，具有重要的电催化性能，可用于燃料电池、水电解和电化学CO₂还原等领域。
其机理和研究主要包括以下几个方面：
1. 海绵铁的制备：通常通过加热有机铁盐（如铁酸铵）与碳源（如多孔炭材料或有机聚合物）反应，生成海绵状的Fe-N-C前驱体。
其中，碳源起到模板的作用，可决定催化剂的孔隙结构和表面活性。
2. 铁原子和氮原子的锚定和配位：在高温和气氛下，铁原子被嵌入到碳基质中，并经过一系列的反应与氨基衍生物发生配位，形成Fe-N-C结构。
氮原子的锚定不仅有助于稳定催化剂的活性位点，还可以调节催化剂的电子结构，增强其催化活性。
3. 催化活性位点：Fe-N-C催化剂的活性位点通常为铁原子与氮原子之间的键合结构，其中Fe-Nx键（x表示配位数）具有较高的电子密度和可调节的电子结构。
这些活性位点对氧还原反应、氢析出反应和CO₂还原反应等具有良好的催化活性。
4. 机理研究：为了深入理解Fe-N-C催化剂的电催化性能，研究者通常采用密度泛函理论（DFT）等计算方法，模拟催化剂表面的电子结构和反应机理。
此外，通过实验手段，如电化学原位技术、X射线吸收和散射等，还可以研究催化剂的结构演化、活性位点的形成和失活机制等。
目前，对Fe-N-C催化剂的研究主要集中于改进催化剂的活性位点和稳定性，提高其催化活性和耐久性，以实现其在能源转换和储存领域的应用。
新型电催化氧还原催化剂的研究
新型电催化氧还原催化剂的研究氧还原反应（ORR）是一种广泛存在于工业和环境应用中的重要反应。
为了促进环境的可持续发展和提高能源利用效率，寻找高效的ORR催化剂成为一个世界性的研究课题。
当前，电催化还原催化剂已成为研究的热点领域之一，因其具有高效、环保和可持续等特性，备受关注。
新型电催化氧还原催化剂的研究可以从催化剂的主要种类、结构特征、制备方法和优化设计等方面展开讨论。
一、主要种类当前广泛研究的ORR催化剂主要有贵金属催化剂（如Pt，Au，Pd等）、非贵金属催化剂（如Fe，Co，Ni等）和碳基催化剂等。
其中，贵金属催化剂被认为具有最高的活性和稳定性，但是制备成本高、稀缺性大等问题制约了其广泛应用。
非贵金属催化剂则相对便宜，但具有活性较低、稳定性以及电化学性能等问题。
碳基催化剂因其良好的生物兼容性、可再生性和较高的催化活性等特点已逐渐成为ORR催化剂研究的主要方向之一，对其研究的趋势不断增强。
二、结构特征催化剂的结构特征对其催化性能具有至关重要的影响。
常见的ORR催化剂具有不同的晶体结构、表面形貌和晶格畸变等，这些特性对其电化学性能产生显著影响。
例如，有研究表明，Pt催化剂表面有更多的奇异位点，能够增强其ORR活性。
另外，纳米结构的催化剂也被证明表现出更高的活性，这是基于量子效应和表面效应的研究结果。
三、制备方法催化剂的制备方法也对其催化性能产生重要影响。
常用的制备方法包括化学还原法、物理气相沉积法、甲烷热解等。
目前，大多数研究依靠与不同混合物和材料的溶液混合，然后经过物理或化学手段进行制备。
例如，一种新型的组装合成方法能够在水体系中生成一种具有高ORR活性的多孔碳基催化剂。
四、优化设计在ORR催化剂的设计和制备过程中，优化设计的策略也越来越受到关注。
例如，根据催化剂表面的缺陷、杂质、异质性等效应，可以对催化剂进行建模分析和系统设计。
另外，笫一性的控制和笫二性的控制也被认为是优化设计中的有效策略。
非贵金属氧还原电极催化剂研究进展
文 章编号 ：１ ０ ０ １ — ９ ６ ７ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ２ １ — ０ ０ ２ ３ — ０ ４
Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ Ｎｏ ｎ— — Ｐｒ ｅ ｃ ｉ ｏ ｕｓ Ｍｅ ｔ ａ ｌ Ｃａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｏｘ ｙ ｇ ｅ ｎ Ｒｅ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
质 子交换膜 燃料 电池 （ Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ ） 作为一种能够将 化学能转 化 为 电能的能源转换装置 ，因为其高 的能量转 化效率 、低 的工作 温度 、无环 境污染 等诸 多特点 ，被 认 为未来 能够 在城 市 交通 、 能 源储存 等多个方面作为新型动力 电池得 到广泛应 用 ，因而 越 来 越 多 的受 到 国 内外 研 究 者 的 关 注 。金 属 Ｐ ｔ 因为 其 较 好 的 电催 化 活性 ，在 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ阴极 、阳极 的 电极 催 化剂 中被 普遍 使 用 。 但 ｎ是一种贵金属 ，价格十分 昂贵 （ ２ ０ １ ２年价格为 ４ ５～ ５ ５￥ ／ ｇ ） ， 同时 ｎ 也 是 一 种 储 量 稀 少 的金 属 ，全 球 储 量 仅 约 ２ ． ８万 吨 Ｉ ２ ，因此 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ中使用 大量 的 Ｐ ｔ ，必然导 致 Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ制 造
陈孟楠 ， 刘 姝
４ ０ １ １ ２ ０ ）
（ 重 庆工 业职 业技 术 学院 ，重庆
摘 要 ：质子交换膜燃料电池（ Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ ） 中普遍使用 Ｐ ｔ 作为阴极电催化剂，但由于 Ｐ ｔ 价格昂贵、储量稀少， Ｐ Ｅ Ｍ Ｆ Ｃ中使用
大量 的 Ｐ ｔ ，必 然 导 致 Ｐ Ｅ ＭＦ Ｃ制 造 成 本 的上 升 。 因此 ，寻找 一 种 能够 部 分 或 者 完 全 达 到 Ｐ ｔ 催 化 效 果 的非 贵 金 属 催 化 剂 ，成 为 一 种
燃料电池-质子膜燃料电池的非贵金属阴极催化剂的研究进展
Chuxin Wu (吴初新)
Key Laboratory of Design and Assembly of Functional Nanostructures, Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences. E-mail: wucx@
435
Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803737.
420
Nat Catal, 2019, 2, 259-268.
创新思路
创新思路-活性位点
调变 金属位点
多金属 位点
【Co, Fe, Mn, Ir】【Co/Fe, Co/Zn】
……
……
单原子 分散
活性位点 密度
创新思路-制备方法
SUPPORTING IMFORMATION: 41页
列举实例2
设计思路
列举实例2
列举实例2
列举实例3
电池稳定性/耐久性
Nature 443 (2006) 63-66.
ECS Trans. 25 (2009) 1251-1259.
ECS Trans. 25 (2009) 1299-1311.
Catalyst Fe-N-C Co-N-C Co-N-C Fe-N-C Fe-N-C Fe-N-C Fe-N-C
电池最大功率密度/H2-O2 (5)
Power peak (mW/cm2)
630
Reference J Power source, 2019, 431, 31-39
826
Appl catal B environ, 2019, 256, 117849
一种新型fe-n-c氧还原电催化剂及其制备和应用 -回复
一种新型fe-n-c氧还原电催化剂及其制备和应用-回复一种新型fenc氧还原电催化剂及其制备和应用引言：氧还原反应（ORR）是燃料电池等电化学设备中必不可少的反应步骤之一。
然而，传统的贵金属如铂（Pt）和其他贵金属催化剂的高成本，限制了ORR技术的进一步发展和应用。
因此，开发出一种价格低廉但性能优越的非贵金属催化剂是迫切需要解决的问题。
本文介绍一种新型的非贵金属氧还原电催化剂fenc及其制备和应用。
该催化剂主要由碳材料和非金属配位基团构成，具有优异的ORR活性和稳定性，适用于燃料电池等多种电化学设备。
一、催化剂的制备方法1.1 碳材料选择本研究选择了氮掺杂碳材料作为基底，并采用碳化剂热处理方法合成。
首先，将氮源和碳化剂按一定比例混合，并在高温环境中进行烧结处理。
然后，通过酸洗和热处理去除杂质和残留物质，得到高纯度的氮掺杂碳基底。
1.2 非金属配位基团选择本研究选择了一种酞菁类化合物作为非金属配位基团，其可提供丰富的氮原子和配位功能，从而增强ORR性能。
该化合物通过溶剂热合成的方法获得，然后与碳基底进行表面修饰反应，形成非金属配位基团修饰的碳材料。
1.3 催化剂组装将合成得到的碳基底与非金属配位基团进行物理混合，然后采用高压热处理方法，将其牢固地结合在一起。
通过控制温度和压力，使得碳基底和非金属配位基团之间形成强大的相互作用力，提高催化剂的稳定性和活性。
二、催化剂性能和应用实验2.1 ORR性能测试通过电化学工作站进行了ORR性能测试，使用标准的三电极体系和酸性溶液环境。
结果显示，本研究制备的fenc催化剂表现出较高的ORR活性和稳定性，与商用的铂催化剂相当。
该催化剂还显示出优异的燃料电池性能，稳定工作在较高电流密度下。
2.2 电化学稳定性测试通过稳定性测试，研究了fenc催化剂在长时间循环使用后的稳定性。
结果显示，该催化剂在10000次循环之后具有良好的稳定性和活性。
这表明fenc催化剂具有较高的耐久性，适用于实际应用。
非贵金属催化剂在硝酸盐的电化学还原中的研究进展
非贵金属催化剂在硝酸盐的电化学还原中的研究进展
张潇栋;罗文杰;江颖洋;霍文静
【期刊名称】《化工技术与开发》
【年(卷),期】2022(51)7
【摘要】硝酸盐电化学还原为氨是近期电化学固氮的研究热点。
自然界的污水中存在的过量硝酸盐,可作为氮气的含氮替代物。
由于硝酸盐的溶解度远高于氮气,同时N=O的解离能远低于N≡N键,因此相较于NRR,硝酸盐表现出更为优异的产氨性能。
同时,硝酸盐的电化学还原,还可以有效治理因硝酸盐过量带来的环境污染问题。
本文重点介绍了非贵金属催化剂在硝酸盐的电化学还原领域的研究现状,并对未来NORR的发展前景做出了展望。
【总页数】4页(P43-46)
【作者】张潇栋;罗文杰;江颖洋;霍文静
【作者单位】温州大学化学与材料工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ426.8
【相关文献】
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2.铜基非贵金属氧还原电催化剂的研究进展
3.碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展
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5.碳基非贵金属氧还原电催化剂的活性位结构研究进展
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碳基非金属催化剂研究进展
碳基非金属催化剂研究进展金属和金属氧化物作为催化剂被广泛应用于材料生产和很多重要工业生产。
但贵金属催化剂如Pt成本高，选择性低、耐久性差、易发生气体中毒，对环境造成了不利影响。
寻找能够减少或替代贵金属引起了关注。
在2009年，发现一种地球上丰富存在的碳材料被认为是一种高效、廉价、非金属可替代燃料电池中铂的新型催化剂。
在这个快速发展的领域里，这篇综述提供了一个重要的观点，包括有效碳基非金属催化剂的应用，特别强调杂原子掺杂碳纳米管和石墨烯对于清洁能源转换和储存，环境保护和重要的工业生产，并概述了在这领域的关键挑战和未来的机会。
标签：碳材料，非金属催化剂1.引言氧还原反应（ORR）、吸氧反应（OER）及析氢反应（HER）三个看似简单的反应确是清洁、可再生能源技术的关键，如燃料电池，电池和水分解过程。
然而，催化剂需要促进HER对于氢燃料的生产，ORR在燃料电池中的能量转换和OER对金属-空气电池的储能。
金属基催化剂特别是贵金属（铂、铱和钯）或金属氧化物，通常用于这些反应中。
然而，金属基催化剂有几个显著的缺陷，包括低选择度、耐久性差，易气体中毒，与对环境的消极影响。
此外，贵金属的高成本阻碍了可再生能源技术大规模的商业应用[1]。
2.碳基非金属作为ORR催化剂阴极上的ORR是限制燃料电池能量效率的关键步骤。
这种反应需要大量的铂催化剂，因此占燃料电池总成本的很大一部分。
铂纳米粒子长期以来一直被认为是ORR最佳的催化剂，但是铂的高成本和稀缺性，阻碍了它的使用实现燃料电池的商业应用。
在2009年，发现氮掺杂的垂直排列的碳纳米管（V A-CNTs）是优于碱性介質中铂对ORR的催化性能并且没有CO的失活和燃料渡越效应。
氮掺杂碳纳米管对于ORR的催化机理基于密度泛函B3LYP研究理论（DFT）并结合实验数据利用量子力学计算的。
计算发现掺杂诱导电荷重情况促进了O2和电子转移的化学吸附。
随后，氮掺杂石墨烯也被认为是一种有效的无金属催化剂。
低温催化CO非贵金属催化剂的研究进展
燃 料 电池等 领域 。同 时 ， 由于具有 廉 价 、 它 资源 丰
富 的优 点 ， 而可代替 价格 昂贵 、 资源 匮 乏的 贵金属 催 化剂 。 报道 ，ｕ Ａ 据 Ｃ 、 ｕ系催 化剂 在低 温 和富氧气 体 下 ． 有 比 Ｐ 系催 化 剂更 高 更 稳定 的 Ｃ 具 ｔ Ｏ催 化
等 ：催化剂 的金 属活性 组分 也 由微米 级颗 粒发 展 到 纳米级超 细粒 子 。
烧 、化学 工业 以及 机动 车使用 造成 大量 的 Ｃ 排 Ｏ 放 。 已成 为严重 的环境 问题 ， 现 引起 了人们 的普 遍
关 注…。 Ｏ的低 温催 化氧化 消除在 实际 中有着 广 Ｃ 泛 的应用 ， 涉及 工业 、 保 、 事 和人 类 生 活 的多 环 军 个 方 面 ， Ｃ 光器 中气体 的纯化 、 Ｏ气 体 探 如 Ｏ激 Ｃ 测器 材料 、 呼吸用气 体净化 装置 、 烟草 降害 以及 封 闭体 系 （ 飞机 、 如 潜艇 、 天器等 ） 航 和汽 车尾 气 中微
剂 主要包 括 单组 分 非贵 金 属催 化 剂 和负 载 型 、 复 合 型非贵金 属催化 剂两大类 。 Ｏ低 温氧化 的非 贵 Ｃ 金属催 化剂 主要是 可变 价的 Ｃ 、 、 ｏ等金 属 氧 ｕ Ｍｎ Ｃ 化物 。 因为 可变价 ， 以催 化剂 中元 素 的价 态不 唯 所
一
。
其氧 化物形 式也 就是混 合价态 的 。 传统 的非 贵
（ 昆明理工 大学 化 学工程 学院 ， 南昆明 ６ ０ ２ ） 云 ５ ２ ４
摘 要： 综述 了非贵 金属 催 化 剂 （ ｕ Ｍｎ Ｃ Ｃ 、 、 ｏ等 氧 化 物 ） 在低 温 Ｃ Ｏ氧 化反 应 中的催 化 剂 的制 备 方
非贵金属材料表面ORR和CO2RR应用的研究
非贵金属材料表面ORR和CO2RR应用的研究摘要：非贵金属材料表面的氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）应用是当前能源领域研究的热点之一。
本文综述了非贵金属材料表面的ORR和CO2RR的应用研究进展。
首先，介绍了ORR和CO2RR的基本原理和机理，然后详细阐述了不同类型的非贵金属材料在ORR和CO2RR 中的应用特点，并对其优缺点进行了分析和比较。
最后，本文讨论了未来非贵金属材料在ORR和CO2RR研究中的发展趋势和挑战，并在这方面的研究方向上提出了建议。
关键词：非贵金属材料；氧还原反应；二氧化碳还原反应；应用研究正文：引言在当今世界面临能源危机和环境问题的情况下，研究清洁、高效、可持续的能源技术已成为各国科技界普遍关注的焦点。
传统化石燃料的使用不仅导致大量的温室气体排放，而且资源也日趋枯竭。
因此，寻找一种清洁、高效的能源技术已成为我们所面临的一个重大问题。
利用氢气和电能的结合，即电化学合成氢气技术，已经被认为是一种可行的技术路线。
而氢气的产生离不开氧还原反应（ORR）和二氧化碳还原反应（CO2RR）。
ORR是电化学合成氢气技术中的一个关键过程，它是将氧气还原成水的反应。
ORR的反应速率、效率和稳定性是影响电化学合成氢气技术性能的主要因素之一。
很多贵金属材料已被证明在ORR中具有良好的活性和稳定性，比如铂、钴等。
但由于这些材料的成本较高难以大规模使用，因此人们将目光转向了非贵金属材料。
非贵金属材料是指那些金属价格低廉，具有良好电催化性能的材料。
目前，以碳、氮、硫等元素为基础的非贵金属材料已经被广泛应用于ORR中。
另一方面，CO2RR是电化学合成甲烷、乙烯等烃类化合物的关键反应之一。
CO2RR不仅可以为化学品工业提供可再生的原料，而且还可以促进大气中二氧化碳的减排。
贵金属材料如银、金等在CO2RR中表现出了很好的催化性能，但同样存在成本较高、稳定性较差的问题。
研究表明，非贵金属材料具有良好的CO2RR催化活性和稳定性，比如碳基材料、硼氮合金等。
Co基非贵金属催化剂的制备及其氧还原电催化性能
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｎｏ ｎ — ｎ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｌ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ （ Ｃ ｏ ／ Ｎ／ Ｃ ＮＴｓ ）ｗ ａ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｚ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ａ ｌ ， ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ —
ｂ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃ ｈ ｉ ｇ ｈ ｐ ｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｂ ｙ ｔ ｗｏ － ｓ ｔ ｅ ｐ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｓ ｔ ｗａ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ — ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｘ－ ｒ ａ ｙ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｘ－ Ｒａ ｙ Ｄｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ａ ｃ —
剂具有高 的氧还原活性 ， 在催化 剂表面进行 的氧还原过程 中电子 转移数 目 为３ ． ２ ， 起始 电位与 Ｐ ｔ 催化剂 的相 接近 ，
而半波 电位与 Ｐ ｔ 催化剂相 比更靠正 ， 稳定性和抗 甲醇 中毒性远超过 Ｐ ｔ 催化剂．
关键词 ： 燃料 电池；非贵金属催化剂 ； 氧还原反应 ； 碱 性；碳纳米管 中图分 类号 ： ０６ ４ ３ 文献标识码 ： Ａ
ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ＯＲＲ） ，ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏ ｌ ｔ ｏ ｘ ｉ ｃ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｃｙ ｃ ｌ ｉ ｃ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｍｍｅ ｔ ｒ ｙ （ ＣＶ）ａ ｎ ｄ Ｒｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｄｉ ｓ ｋ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ （ ＲＤＥ）ｉ ｎ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ ｎ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ
《非贵金属Fe-N-C电催化剂的制备及其氧还原性能研究》范文
《非贵金属Fe-N-C电催化剂的制备及其氧还原性能研究》篇一非贵金属Fe-N-C电催化剂的制备及其氧还原性能研究一、引言随着全球能源危机和环境问题的日益突出，电化学能源转换与存储技术受到了广泛关注。
其中，氧还原反应（ORR）作为燃料电池和金属空气电池等电化学设备的核心反应，其催化剂的性能直接决定了设备的性能。
传统的贵金属基催化剂如铂（Pt）具有出色的ORR活性，但其高成本和稀缺性限制了其大规模应用。
因此，开发非贵金属基的ORR催化剂，特别是Fe-N/C催化剂，成为了当前研究的热点。
本文旨在研究非贵金属Fe-N/C电催化剂的制备方法及其氧还原性能。
二、材料与方法（一）材料准备本实验所需的材料包括铁源（如硫酸亚铁）、氮源（如氨水或三聚氰胺）、碳源（如炭黑或生物质）等。
（二）催化剂制备本实验采用高温热解法制备Fe-N/C电催化剂。
具体步骤包括：将铁源、氮源和碳源混合均匀，然后进行高温热解处理，得到Fe-N/C电催化剂。
（三）性能测试采用循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）等电化学测试方法，对所制备的Fe-N/C电催化剂的氧还原性能进行测试。
三、实验结果与分析（一）Fe-N/C电催化剂的制备结果通过高温热解法成功制备了非贵金属Fe-N/C电催化剂。
通过对制得的催化剂进行XRD、SEM等表征手段，发现催化剂中存在明显的Fe-N键和良好的碳结构。
（二）氧还原性能分析对所制备的Fe-N/C电催化剂进行CV和LSV测试，发现其在碱性溶液中表现出较好的氧还原性能。
通过对比不同条件下的CV和LSV曲线，分析了铁源、氮源、碳源的配比及热解温度等因素对氧还原性能的影响。
实验结果表明，适量的铁源和氮源以及适宜的热解温度有利于提高催化剂的氧还原性能。
（三）性能对比分析将所制备的Fe-N/C电催化剂与商业Pt/C催化剂进行性能对比。
在相同条件下测试，发现Fe-N/C电催化剂在碱性溶液中的氧还原性能与商业Pt/C相当，甚至在某些条件下表现出更优异的性能。
新型能源催化剂的研究进展
新型能源催化剂的研究进展近年来，全球温室气体排放趋势呈现上升趋势，环保成为一个备受关注的话题。
而新型能源催化剂的研究，代表着现代能源技术的最新进展之一。
本文将介绍新型能源催化剂研究的发展历程、现状及展望。
发展历程新型能源催化剂研究起源于1970年代的燃料电池技术，属于分子尺度化学的范畴。
而催化反应的本质是通过降低反应活化能来加速化学反应的过程，成为人们利用能源原料的有效途径。
燃料电池技术中，催化剂可以促进氢氧化物的电解，产生电能。
而在汽车和工业等领域，催化剂可以促进燃料和氧气的反应，实现高效率的能量转换，同时大大减少温室气体等有害物质的排放。
新型能源催化剂研究的发展离不开纳米技术、化学合成技术、计算机模拟技术等的支持，它们使催化剂的制备、表征和性能测试更加精细、高效、深入。
催化剂的理论研究和实验研究也形成了互相支持、循环发展的格局。
现状目前，新型能源催化剂已经应用于多个领域。
在燃料电池领域，铂基催化剂已成为电堆中最常见、最有效的催化剂之一。
但是铂的生产成本在过去几年里一直在攀升，而且铂基催化剂在制备和使用过程中都存在一些困难。
为了解决这些问题，研究者们开始寻找替代铂的新型催化剂。
其中最重要的一类就是非贵金属催化剂。
由于非贵金属催化剂成本低、储量丰富且不会引起环境问题，因此受到越来越多的关注。
最近的研究还包括了蛋白质酶、有机小分子化合物等非金属催化剂。
例如，质子交换膜燃料电池中氧还原反应催化剂的研究方向已经从Pt/C转向了非贵金属复合物催化剂。
在化学催化领域，金属有机框架催化剂、共价有机催化剂等新型催化剂的研究也在快速发展，它们在催化剂设计和合成方面都有创新性。
展望尽管新型能源催化剂已经有很多成果，但是仍存在着很多问题和挑战。
未来的研究方向包括提高催化剂的选择性、稳定性和活性，同时也要考虑催化剂的适用范围和经济性。
继续推进对新型催化剂的基础理论研究，并与工程实践相结合，将是新型能源催化剂研究的未来发展方向。
镍基非贵金属催化剂研究进展
镍基非贵金属催化剂研究进展镍基非贵金属催化剂，作为一种重要的化学品，广泛应用于化工工业中的合成反应过程中，其性能和质量的优劣直接影响着反应的效率和收益。
随着绿色化工理念的不断提出和发展，更加环保、节约能源的镍基非贵金属催化剂的需求也日益增长。
本文将介绍镍基非贵金属催化剂的研究进展。
第一部分：镍基非贵金属催化剂的发展历程20世纪70年代后期，人们开始重视非贵金属催化剂的研究，当时合成氨生产中铁基催化剂已经替代了贵金属催化剂，但还面临着铁基催化剂的稳定性、选择性以及活性的提高等问题。
随着人们对催化剂研究的深入，镍基非贵金属催化剂逐渐成为研究的热点。
而在这个领域中，类晶态化学从实验室研究到了应用实际，其实现了在非贵金属催化剂领域高效、快速、可预测的发展。
类晶态催化剂是由非贵金属催化剂和支撑剂混合而成的，与传统催化剂相比具有更大的活性，也相比之前的镍基贵金属催化剂更具有成本优势。
第二部分：镍基非贵金属催化剂的类型1. 氢化镍非贵金属催化剂（HN-NPMC）HN-NPMC通常由镍基纳米颗粒和碳质载体引入到反应系统中，由于碳载体能够减少催化剂中毒物的形成，从而提高催化剂的稳定性和活性。
2. 非金属掺杂氧化物型催化剂该类催化剂包括许多种类，如钒、铜、铁和氧化锆等的掺杂催化剂。
这种催化剂的优点在于，非贵金属元素可以通过有针对性地调整物理、电子以及其它化学反应过程，提高催化剂的活性。
氧化钒等通常用于制备丙烯酸等化合物。
3. 镍基交叉化合物型催化剂交叉化合物型催化剂只需要将镍盐和稳定剂混合可以得到相关的催化剂，通过这方式可以控制其形态和活性，从而提高了催化剂的选择性。
第三部分：镍基非贵金属催化剂在有机合成中的应用在有机合成化学中，非贵金属镍催化剂广泛用于类似Suzuki反应的化学反应，如Heck反应、还原反应、墨菲环化反应，以及替代反应。
同时，这种催化剂在大环化、氢化反应、催化醛缩合成二元、三元羰基的反应中也有应用，虽然有时选择性不高，但相对于贵金属催化剂，其更加环保、能源消耗更低。
Me-NC催化剂催化氧还原反应机理研究开题报告
Me-NC催化剂催化氧还原反应机理研究开题报告题目：Me-NC催化剂催化氧还原反应机理研究开题报告一、选题背景氧还原反应（ORR）是一种重要的电化学反应，已广泛应用于燃料电池、金属空气电池、锂电池等领域。
在ORR中，使氧分子还原成水的反应远比还原成过氧化氢或超氧离子的反应更为有利，但是该反应的动力学及机理研究一直是研究者们关注的热点之一。
现有的ORR催化剂大都由贵金属制成，成本高且资源有限。
因此，研究非贵金属的催化剂具有重要的实际意义。
NC是一种常见的非贵金属催化剂，但存在其活性低、稳定性差等问题。
Me-NC催化剂则是采用过渡金属复合物及氮掺杂碳材料制备而成的一种新型非贵金属催化剂，其具有活性高、稳定性好等优点，已成为当前非贵金属ORR催化剂研究的重要方向。
二、研究目的本研究旨在通过Me-NC催化剂催化ORR的实验研究和理论分析，探究该催化剂催化ORR反应的机理及其性能表现，为进一步研究非贵金属催化剂的设计和应用提供理论依据和实验基础。
三、研究内容及方法1.制备Me-NC催化剂：采用过渡金属复合物及氮掺杂碳材料制备Me-NC催化剂，并对其进行相关表征和性能测试；2.催化ORR反应实验：采用循环伏安法等测试方法，探究Me-NC催化剂在酸性介质中催化ORR反应时的动力学及电化学特性；3.理论分析：采用密度泛函理论（DFT）等方法，从微观角度探究Me-NC催化剂对ORR反应的催化机理，并与实验结果进行比较和验证。
四、研究意义该研究有助于深入理解非贵金属催化剂的催化机理，提高其活性和稳定性，为开发更加高效、低成本、可持续的ORR催化剂提供理论和实验基础，对推动新能源技术的发展具有重要意义。
五、预期成果1.成功制备Me-NC催化剂，并对其进行相关表征和性能测试；2.深入探究Me-NC催化剂催化ORR反应机理；3.揭示Me-NC催化剂对ORR反应的催化性能及其影响因素；4.提出改良Me-NC催化剂的方法与思路。
氧还原反应非贵金属催化剂热处理
氧还原反应是一种重要的电催化反应，其在燃料电池、金属空气电池以及其他能源转化和储存领域具有广泛的应用。
目前，传统的氧还原反应催化剂主要是贵金属，如铂、铑等。
然而，贵金属催化剂存在成本高、资源有限、耐用性差等问题，给其应用带来很大限制。
寻找一种非贵金属催化剂成为了当前氧还原反应研究的热点之一。
针对这一问题，研究人员开始把目光转向非贵金属催化剂，如过渡金属氧化物、氮掺杂石墨烯等。
其中，经过研究证实，非贵金属催化剂热处理是一种有效的提高其电催化性能的方法，下面将从不同方面对这一问题进行探讨。
一、非贵金属催化剂的热处理原理非贵金属催化剂热处理是指在一定条件下对催化剂进行加热处理，目的在于改变其晶体结构、表面形貌等性质，从而提高其氧还原反应的催化活性。
热处理一般包括退火、焙烧等过程，通过调控温度、时间等参数，可实现对非贵金属催化剂的精细调控。
二、非贵金属催化剂热处理的影响因素1. 温度温度是影响非贵金属催化剂热处理效果的重要因素之一。
一般来说，较高的温度能够促进催化剂表面的结晶和晶体生长，从而提高其结构稳定性和电催化性能。
然而，过高的温度也会导致催化剂颗粒过度长大、晶格缺陷增加，降低其电催化性能，因此需要在热处理过程中进行温度的精确控制。
2. 时间热处理时间是影响非贵金属催化剂热处理效果的另一个重要因素。
合适的热处理时间能够使催化剂在保持结构稳定性的实现晶体的形貌调控和晶界的再结晶，提高其表面积和活性位点密度，从而改善其电催化性能。
3. 环境气氛热处理过程中的环境气氛对非贵金属催化剂的性能也有重要影响。
一般来说，氧气、氢气等气氛条件下热处理能够有效去除催化剂表面的杂质和氧化物，提高其还原性能和电导率，从而提高其电催化性能。
三、非贵金属催化剂热处理的研究进展目前，非贵金属催化剂热处理的研究进展已经取得了一些重要成果。
过渡金属氧化物经过高温热处理后，晶体尺寸得到提高，晶界得到再结晶，表面形貌得到改善，从而提高了其电催化活性。
碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展
碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展王启晨;王璟;雷永鹏;陈志彦;宋垚;罗世彬【摘要】燃料电池和金属-空气电池是将化学能直接转化成电能的绿色电池,具有能量密度高、安全和环保等优点,相比传统能源具有独特优势.然而,目前阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)使用的贵金属铂(Pt)储量低,成本高,易中毒失活,严重限制了燃料电池的大规模应用.因此,开发廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂成为研究热点.碳纳米管具有本征sp2杂化结构、优异的导电性、高比表面积、良好的化学稳定性等突出优点,受到广泛关注.本文综述了碳纳米管基非贵金属ORR 催化剂的最新进展,主要包括非金属掺杂、过渡金属-氮-碳纳米管、负载过渡金属及其衍生物(氧化物、碳化物、氮化物、硫化物等)、负载单原子、与其他碳材料(石墨烯、多孔碳、碳纳米纤维)复合以及碳纳米管基自支撑电极.最后,对碳纳米管基非贵金属ORR催化剂的研究前景和下一步研究方向进行了展望.%Fuel cell and metal-air batteries are green batteries which directly convert chemical energy into electricity,possessing important merits compared to the traditional energy,examples of high energy density,safety and environmental benignity.However,the low reserves,high cost,easy poisoning and deactivation of precious metal platinum (Pt) used in cathodic oxygen reduction reactions (ORR) have severely limited the development of the fuel cell in large-scale.Therefore,the research on development of cheap,efficient and stable non-precious metal catalyst has become a hotspot.Carbon nanotubes (CNTs),owning to the outstanding feature such as the intrisic sp2 hybrid structure,excellent conductivity,highspecific surface area,good chemical stability,etc,have received wide attentions.Firstly,the recent progress in the noble-metal-free CNTs-based ORR catalysts were summarized,mainly including non-metal element doping,transition metal-nitrogen-CNTs,CNTs supported transition metals and their derivations (oxides,carbides,nitrides,sulfides,etc),CNTs supported single atoms,composited with other carbon materials (graphene,porous carbon,carbon nanofibers) and self-standing electrodes based on CNTs.Finally,the prospect and the future research direction of CNTs-based ORR catalysts are also discussed.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2018(034)005【总页数】16页(P807-822)【关键词】碳纳米管;燃料电池;氧还原;非贵金属催化剂;复合;单原子【作者】王启晨;王璟;雷永鹏;陈志彦;宋垚;罗世彬【作者单位】中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙410083;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉 430081;高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海 200050;国防科技大学理学院,长沙410073;中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙 410083;国防科技大学基础教育学院,长沙 410073;中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙 410004;中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙 410004;中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】O6460 引言面对日益严重的能源危机和环境污染等一系列问题，迫切需要发展新型清洁、高效、安全的能源，这已成为全世界范围的共识。
非贵金属催化剂应用于氧气析出与还原反应
非贵金属催化剂应用于氧气析出与还原反应
在诸如燃料电池,金属-空气电池以及电解水设备当中,电催化剂对于发生在
这些设备中的氧还原（ORR）及析氧过程（OER）而言是极为重要的关键材料。
然而,常用的催化剂Pt以及IrO<sub>2</sub>由于成本高昂的问题致使这些设备的
商业化受到了严重限制。
所以,研究制备高效稳定的非贵金属催化剂含有不同寻常的重大意义。
多孔
碳材料由于具备价格低廉,高导电能力以及高的物理化学稳定性等特征而可作为
理想的替代品备选。
现在,使用金属有机骨架材料（MOFs）来获得多孔碳材料是比较常见的方法。
由于MOFs材料拥有很高的比表面积,可调控的孔隙率和易于功能化等特点,而且由MOFs材料衍生获得的材料能够很好的继承上述特点,因而最终获得的电催化
剂具备很好的催化性能。
基于上述讨论,本文利用MOFs作为前驱物合成制备了一系列非贵金属电催
化剂,并研究它们对于ORR与OER的电催化活性。
首先,通过选择一种双配体MOFs 作为前驱物获得了一系列具有ORR催化活性的N,S共掺杂多孔碳材料。
材料交错的网络结构和高比表面积与N,S共掺杂以及较高的石墨N掺杂量这些特点对于ORR催化性能的提高起到了至关重要的作用且该合成产物在酸性与
碱性介质中均具备很好的催化活性。
其次,通过一种简单的方法合理的设计合成
了一种双金属MOFs材料前驱体,最终获得了一种具有高效ORR催化活性与OER 催化活性的双功能催化剂。
通过调节Zn与Co的相对比例这一影响因素,来探究影响材料ORR与OER催化活性的关键所在。
我们发现对于ORR催化而。
质子交换膜燃料电池中氧还原反应抗毒性电催化剂研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 9 期质子交换膜燃料电池中氧还原反应抗毒性电催化剂研究进展张启，赵红，荣峻峰（中国石化石油化工科学研究院有限公司，北京 100083）摘要：在质子交换膜燃料电池（proton exchange membrane fuel cell ，PEMFC ）中，出于成本和实用性等方面的考虑，氧还原反应所需氧气基本都来自于空气。
而空气中存在的污染物，如SO 2、NO 2等都会导致阴极Pt 催化剂中毒。
因此，提高催化剂的抗毒性就成为推动PEMFC 规模化实际应用的关键问题之一。
本文介绍了PEMFC 氧还原催化剂抗毒性的研究进展，并分析其抗中毒机理。
目前，抗毒性阴极催化剂已取得一定的突破，其主要可分为铂基改性催化剂、非贵金属催化剂和非金属碳基催化剂，通过抑制毒化物与铂之间的电子作用、增强溢出效应、锚定金属原子、引入杂原子（如氮、磷）、采用不易中毒的金属等方式可增强催化剂的抗毒性。
与此同时，抗毒性催化剂也面临一定的问题，如催化剂导电性下降、活性降低、制备复杂等。
如何在保持催化剂活性和稳定性的同时，开发出具有良好抗毒性的催化剂已成为研究人员的重点研究方向。
关键词：燃料电池；催化剂；抗毒性；氧还原中图分类号：TK91；TQ426 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）09-4677-15Research progress of anti -toxicity electrocatalysts for oxygen reductionreaction in PEMFCZHANG Qi ，ZHAO Hong ，RONG Junfeng(SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing Co., Ltd., Beijing 100083, China)Abstract: In proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), for the sake of cost and practicality, the oxygen required for oxygen reduction reaction is basically from air. However, the pollutants in the air, such as SO 2 and NO 2, will lead to the poisoning of Pt catalyst. Therefore, improving the anti -toxicity of the catalyst has become one of the key issues to promote the large-scale application of PEMFC. The research progresses in the development of anti -toxicity catalysts for oxygen reduction reaction (ORR) and the anti -toxicity mechanism were introduced in this paper. At present, many ORR catalysts has been developed, mainly including platinum-based catalysts, non-noble metal catalysts and carbon-based catalysts. Their anti -toxicity could be improved mainly by inhibiting the electronic interaction between poisonous substance and catalyst, enhancing the spillover effects, reducing the oxidation potential of poisonous substance, introducing heteroatom (such as nitrogen, phosphorus), etc . At the same time, it is faced with some problems, such as the decrease of catalyst conductivity and activity and the complex preparation procedure. How to develop a catalyst with good anti -toxicity while maintaining its activity and stability has become a key research direction.Keywords: fuel cells; electrocatalyst; anti -toxicity; oxygen reduction reaction综述与专论DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-2004收稿日期：2022-10-27；修改稿日期：2023-01-20。