非贵金属氧还原反应催化剂的可控制备及催化应用研究

第 50 卷 第 1 期2021 年 1月Vol.50 No.1Jan.2021化工技术与开发Technology & Development of Chemical IndustryWS 2复合材料的制备及应用研究进展侯传旭，张德庆（齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000）摘 要：二硫化钨（WS 2）作为过渡金属二硫化物（TMDs）的一种，具有独特的二维结构、良好的稳定性和半导体特性。

近几年，以WS 2为基体制备的WS 2复合材料表现出许多优异的性能，受到越来越多研究人员的关注。

本文概述了WS 2复合材料的制备方法，以及近年来WS 2复合材料在催化剂、气敏传感器、电极材料、复合纤维材料、电磁波吸收材料等方面的应用，展望了WS 2复合材料的发展前景。

关键词：二硫化钨；复合材料；制备；发展前景中图分类号： TB 333 文献标识码：A 文章编号：1671 -9905(2021)01/02 -0037-04作者简介：侯传旭(1996-)，女，汉族，硕士研究生，研究方向为材料物理与化学。

E -mail:*****************收稿日期：2020-11-03WS 2是最早发现并得到研究的层状纳米材料之一[1-2]，其制备方法主要有液相剥离法[3]、化学气相沉积法[4]、水热法[5]和固相烧结法[6]等。

根据晶体结构中W 原子的2种配位形式（八面体配位和三棱柱配位），WS 2可分为金属相和半导体相。

金属相通过八面体配位形成 1T 型结构[图1(a)]，半导体相则通过三棱柱配位形成2H 型或3R 型结构[图1(b)] [7-9]。

WS 2通过W −S 共价键和较弱的范德华力，层间相互作用结合在一起，具有优异的光学、电学和机械性能[10]，在传感器[11-12]、催化剂[13-15]、电极材料[16-17]、润滑剂[18]等领域均有广泛的应用前景。

随着科技的发展，单一功能的WS 2已无法满足人们的需要，因此开发WS 2复合材料显得尤为重要。

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。

非贵金属合金催化剂1.引言1.1 概述概述：非贵金属合金催化剂是一种新型的催化剂，其相对于传统的贵金属催化剂具有许多优势。

贵金属催化剂在催化反应中表现出色，但由于其成本高昂和稀缺性，限制了其广泛应用的可能性。

与此相反，非贵金属合金催化剂以其高效、经济和可持续的特点而备受关注。

本文旨在探讨非贵金属合金催化剂的定义、特点以及在催化反应中的应用。

首先，我们将介绍非贵金属合金催化剂的基本概念和定义。

随后，我们将详细阐述其相对于贵金属催化剂的优势和特点，包括其在催化反应中的高效性、催化活性的可调控性以及对环境的友好性。

接下来，我们将重点讨论非贵金属合金催化剂在各个领域中的应用。

无论是有机合成、能源转化还是环境保护，非贵金属合金催化剂都展现出广泛的应用前景。

通过实例分析，我们将探讨其在氢化反应、氧化反应和还原反应等方面的应用，并详细介绍其中的反应机理和催化性能。

最后，我们将总结非贵金属合金催化剂的前景和挑战，并展望其未来的发展方向和应用领域。

随着科技和研究的不断进步，非贵金属合金催化剂将在催化领域中扮演越来越重要的角色。

然而，其在催化剂设计、催化机理和活性控制等方面仍然面临一些挑战，需要进一步的研究和改进。

综上所述，本篇文章将通过对非贵金属合金催化剂的概述，展示其在催化领域中的研究进展和应用前景。

通过深入探讨其定义和特点以及在催化反应中的应用，我们将为读者提供对非贵金属合金催化剂的全面了解。

在未来的研究中，我们希望非贵金属合金催化剂能够得到更广泛的应用和进一步的发展。

1.2 文章结构文章结构:本文共分为引言、正文、结论三个部分。

引言部分主要概述非贵金属合金催化剂的研究背景和意义，并介绍了本文的结构和目的。

通过引言部分，读者可以了解到本文将重点讨论非贵金属合金催化剂的定义、特点以及在催化反应中的应用。

正文部分是本文的主要内容，主要分为两个小节。

首先，在2.1节中，将详细阐述非贵金属合金催化剂的定义和特点。

这将包括对非贵金属合金催化剂进行界定，并介绍其在催化领域中的重要性和优势。

非贵金属催化剂在燃料电池领域中有着广泛的应用。

这种催化剂通常由过渡金属和碳材料组成，例如铁、镍、钼等，具有成本低、易获取的特点。

与贵金属催化剂相比，非贵金属催化剂的活性和稳定性还有待提高。

在非贵金属催化剂中，过渡金属和氮共掺杂碳（M-N-C，M=Fe、Co、Mn等）催化剂在酸性介质中表现出较好的氧还原（ORR）活性，因此在燃料电池领域受到广泛研究。

这些
催化剂中，以Fe-N-C类催化剂最具潜力，其在碱性条件下接近甚至优于Pt基催化剂的性能。

制备非贵金属催化剂的方法中，模板法是一种常用手段。

例如，中科大采用氨气辅助策略，完成从吡啶N到吡咯N配位的化学构型转化，从而成功制备出高纯度吡咯型FeN4位
点ORR电催化剂（HP-FeN4）。

总体而言，非贵金属催化剂具有成本低、易获取的优势，且部分性能可媲美甚至超过贵金属催化剂，因此是燃料电池领域的研究热点和发展方向。

然而，非贵金属催化剂的活性和稳定性仍需进一步提高，同时其制备方法也有待进一步优化。

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。

纳米ZnO及复合物的可控制备与光催化性能研究一、本文概述随着环境问题的日益严重和能源需求的不断增长，光催化技术作为一种高效、环保的能源转换和污染物降解手段，受到了广泛的关注和研究。

在众多光催化剂中，氧化锌（ZnO）因其独特的物理和化学性质，如宽禁带、高激子结合能以及优异的光电性能，被认为是一种理想的光催化材料。

然而，ZnO在实际应用中仍面临一些挑战，如光生电子-空穴对的快速复合、可见光利用率低等。

为了解决这些问题，研究者们尝试通过制备ZnO复合物、调控其形貌和结构等方式来提高其光催化性能。

本文旨在研究纳米ZnO及其复合物的可控制备方法，并探讨它们的光催化性能。

我们将介绍纳米ZnO及其复合物的制备方法，包括溶胶-凝胶法、水热法、微波辅助法等，并对比各种方法的优缺点。

然后，我们将重点讨论如何通过调控制备条件，如温度、浓度、时间等，来实现纳米ZnO及其复合物的形貌、结构和性能的调控。

接着，我们将对所制备的纳米ZnO及其复合物进行光催化性能评价，包括光催化降解有机物、光催化产氢等方面，并通过对比实验，探究不同制备方法和条件对光催化性能的影响。

我们将总结本文的主要研究成果，并提出未来可能的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，我们期望能够为纳米ZnO及其复合物在光催化领域的应用提供理论基础和技术支持，同时也为其他光催化材料的研究和开发提供借鉴和参考。

二、文献综述纳米ZnO及其复合物作为一种重要的半导体材料，近年来在光催化领域受到了广泛关注。

其独特的物理和化学性质，如大的比表面积、高的光催化活性以及良好的稳定性，使得纳米ZnO在光催化降解有机物、光解水产氢、太阳能电池和气体传感器等领域具有广阔的应用前景。

早期的研究主要集中在纳米ZnO的合成方法上，如溶胶-凝胶法、化学沉淀法、水热法、气相法等。

随着纳米科技的不断发展，研究者们开始关注纳米ZnO的形貌控制，以期获得具有更高光催化活性的材料。

例如，通过调节反应条件，可以制备出不同形貌的纳米ZnO，如纳米颗粒、纳米棒、纳米线、纳米花等。

有机合成中的催化剂应用有机合成是化学领域的重要分支，它研究有机物的合成方法和工艺。

催化剂是有机合成中不可或缺的重要工具，它能够加速生成目标有机物的反应，提高反应的选择性和收率。

本文将介绍有机合成中常见的催化剂及其应用。

一、贵金属催化剂贵金属催化剂在有机合成中具有重要的应用价值。

常见的贵金属催化剂有铑、钯、铂等。

它们在氢化反应、氧化反应和偶联反应中发挥着重要的作用。

1. 氢化反应贵金属催化剂在氢化反应中起到催化剂的作用，可以将烯烃或醛酮类化合物加氢生成饱和烃或醇。

例如，铑催化剂可以将烯烃转化为相应的烃，铂催化剂可催化醛酮类化合物的加氢反应。

这些反应在有机合成中广泛应用于药物合成、精细化学品制备等领域。

2. 氧化反应贵金属催化剂在氧化反应中也发挥着重要作用。

例如，铑催化剂可以催化醇的氧化反应，将其转化为醛。

这种氧化反应在制备香料和合成某些有机试剂时非常有用。

3. 偶联反应偶联反应是有机合成中常见的一类反应，可以将两个或多个有机分子连接在一起。

贵金属催化剂在偶联反应中具有很高的催化活性和选择性。

例如，钯催化剂在Suzuki偶联反应中被广泛应用，能够实现芳香化合物的偶联。

二、过渡金属催化剂除了贵金属催化剂外，过渡金属催化剂也在有机合成中得到广泛应用。

常见的过渡金属催化剂有铜、镍、铁等。

它们在环化反应、羰基化反应和还原反应中起到催化作用。

1. 环化反应环化反应是有机合成中常见的一类反应，可以构建环状有机分子骨架。

过渡金属催化剂在环化反应中发挥着重要作用。

例如，铜催化剂可以催化碳碳键形成的环化反应，有效地合成多环化合物。

2. 羰基化反应羰基化反应是有机合成中重要的一类反应，可以将非羰基化合物转化为羰基化合物。

过渡金属催化剂在羰基化反应中起到重要的催化作用。

例如，镍催化剂可以催化烯烃的羰基化反应，将其转化为酮类化合物。

3. 还原反应还原反应是有机合成中常见的一类反应，可以还原有机分子中的功能团。

过渡金属催化剂在还原反应中起到重要作用。

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。