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。

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
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】
1.非贵金属氧还原电催化剂的研究进展
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
4.非贵金属氧还原催化剂的研究进展
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。

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。