制备方法对NiCoPrLa类水滑石衍生复合氧化物的催化性能影响

钨掺杂镍铁水滑石高效电催化析氧反应段欣漩;Marshet Getaye Sendeku;张道明;周道金;徐立军;高学庆;陈爱兵;邝允;孙晓明【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2024(40)1【摘要】电解水对制备可持续和清洁的氢气能源至关重要。

电解水的阳极析氧反应设计复杂的4-电子转移过程,所需能耗较高,是电解水的速控步骤。

催化剂对于析氧反应的进行具有重要作用。

镍铁水滑石是最具潜力的碱性非贵金属析氧反应(OER)催化剂,但是由于水滑石导电性差、活性位点暴露不充分、对反应中间体吸附较弱等问题,催化活性还需要进一步提高。

如何提升催化活性已经被科学家们广泛关注,比如:制造缺陷、掺杂、将水滑石剥离为单层结构和组装为阵列结构等。

在本论文中,通过简单的“一锅法”醇解合成了一系列不同量W掺杂NiFe-LDH的样品。

XRD结果表明合成的NiFeW-LDH的衍射峰与完美NiFe-LDH标准卡片相同,没有其他的衍射峰,表明W没有单独成相,被成功掺杂进入NiFe-LDH。

扫描电镜表明NiFeW-LDH为纳米片(尺寸约为~500 nm)组成的3d立体花状结构,且材料中Ni、Fe和W均匀分布。

XPS表明材料中W的价态为6+,与未掺杂的NiFe-LDH相比,Fe向高价态移动,表面吸附的OH增多。

在密度泛函理论(DFT)计算中,结果同样表明W6+掺杂有利于H2O和O*中间体的吸附,提高了Fe位点的活性。

在1mol∙L^(−1) KO H中,NiFeW-LDH达到10 mA∙cm−2所需过电位是199和237 mV,这比大多数的NiFe基粉末催化剂的性能好。

综上,实验和计算表明W掺杂调控催化剂中Fe位点电子结构,优化对反应中间体的吸附,使催化剂具有更高活性。

【总页数】2页(P44-45)【作者】段欣漩;Marshet Getaye Sendeku;张道明;周道金;徐立军;高学庆;陈爱兵;邝允;孙晓明【作者单位】北京化工大学;清华大学深圳研究院;中核战略规划研究总院;新疆工程学院;河北科技大学化学与制药工程学院【正文语种】中文【中图分类】O646【相关文献】1.钨掺杂的铁镍基层状氢氧化物用于电催化析氧和析氢反应2.基于前沿的教育语言学图景--《教育语言学新发展研究》评介3.铁钴镍水滑石/钴硼化合物电催化析氧反应性能研究4.氮掺杂碳纳米管负载镍原子作为氧还原反应的高效电催化剂的研究5.用于高效电催化析氧反应的锰掺杂镍铁双金属氢氧化物催化剂因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

NiCo_2O_4复合电极材料的制备及其超电性能研究近年来,许多发达国家和发展中国家都将超级电容器项目作为国家重点研发项目并成功应用在电力、工业、汽车、轨道交通、军事航天领域、智能电子产品等领域中,在燃油经济性和环保方面取得了明显的效果。

电极材料是超级电容器性能的重要影响因素。

由于过渡金属氧化物通常有着较高的理论比电容,大量的研究将过渡金属氧化物作为超级电容器的活性电极材料。

目前,大多数研究制备的电极材料在性能方面存在着一些不足,无法满足实际应用的需求。

为此,本研究分别制备了具有高比表面积、高比电容量和高能量密度的NiCo₂O₄及其复合电极材料。

具体内容如下:（1）本文采用水热法分别制备了NiCo₂O₄、NiCo₂O₄@TiO₂和NiCo₂O₄@MoMnO₄纳米颗粒。

经过结构和形貌测试证明二者均有标准的晶体形态。

通过各种结构和形貌的表征能够证明NiCo₂O₄与两种不同的过渡金属氧化物复合成功。

BET分析表明NiCo₂O₄@MoMnO₄复合电极材料的比表面积要大于NiCo₂O₄@TiO₂,比表面积分别为65.25 m²/g和40.56 m²/g。

锌铝类水滑石和ZnO复合结构的制备及其性能研究纳米材料相较于一般的体材料具有更优越的光、电、磁、热和气敏特性,具有更广阔的应用前景。

纳米材料的性能与其形貌和结构有着密不可分的关系,通过选择不同的制备方法,严格控制制备过程等手段可以控制纳米材料的尺寸、形貌以及微结构,从而获得具备某种特殊性能的材料。

ZnO作为一种重要的宽禁带半导体材料,室温下的激子束缚能为60meV,可以实现很好的紫外发光,在短波发光方面有十分重要的应用前景。

然而,高质量、性能稳定的ZnO材料制备一直是限制ZnO紫外发光研究的一个难题,严重影响了ZnO基光电器件的研究进展。

本文利用低温水浴法,在多孔阳极氧化铝(AAO, Anodic Aluminum Oxid)基底上制备出均匀性较好的锌铝类水滑石(Zn-Al LDH, Zn-Al Layered Double Hydroxid)纳米材料,然后在Zn-Al LDH纳米材料上生长制备了ZnO纳米棒,获得了ZnO/Zn-Al LDH复合结构,最后对复合结构的发光特性和浸润性进行了研究。

本文的主要研究内容和结论如下：首先,以高纯铝片为原料,利用二次阳极氧化法在草酸溶液中制备出了形貌可控的AAO。

研究发现,氧化时间、氧化电压以及扩孔时间对AAO的形貌影响较大,氧化时间控制为2h,氧化电压为40V,扩孔时间为1h制备出来的AAO有序性和一致性较好,为下步材料的制备提供良好的基底。

第二,以乙酸锌和六次甲基四胺作为反应溶液,利用低温水浴法在AAO基底上制备出了大面积连续性较好的Zn-Al LDH纳米结构,同时分析了反应溶液浓度、反应物浓度比、反应温度和反应时间对Zn-Al LDH纳米结构形貌的影响。

第三,用制备好的Zn-Al LDH纳米结构作为基底,以乙酸锌和六次甲基四胺作为反应溶液,利用水浴法在Zn-Al LDH纳米结构上制备出了六棱柱状ZnO纳米棒。

同时,具体研究了反应物浓度、反应温度、反应时间以及反应物浓度比对ZnO纳米棒结构和形貌的影响。

氧化铈纳米复合催化材料的制备和电化学性能研究氧化铈纳米复合催化材料的制备和电化学性能研究一、引言氧化铈是一种重要的催化剂，其广泛应用于环境保护、能源转化等领域。

然而，纯氧化铈的催化性能有待改进，因此研发氧化铈纳米复合催化材料成为研究的热点之一。

本文将重点探讨氧化铈纳米复合催化材料的制备方法以及其在电化学性能方面的研究进展。

二、氧化铈纳米复合催化材料的制备方法1. 模板法模板法制备氧化铈纳米复合催化材料，通常通过选择合适的模板来控制所得纳米材料的形貌和尺寸。

常用的模板包括有机聚合物、胶体颗粒等。

通过将氧化铈前体溶液沉积在模板上，并经过煅烧步骤，可以得到具有高比表面积和特定形貌的氧化铈纳米复合催化材料。

2. 水热法水热法以水为溶剂，在高温高压条件下制备氧化铈纳米复合催化材料。

通过调节水热反应条件，如温度、反应时间和反应物浓度等，可以控制所得纳米材料的形貌和尺寸。

此外，水热法还可以与其他制备方法相结合，如模板法和共沉淀法等，以制备具有特定结构和性质的氧化铈纳米复合催化材料。

3. 共沉淀法共沉淀法是制备氧化铈纳米复合催化材料的常用方法之一。

通过将氧化铈前体溶液和其他金属离子溶液在碱性条件下混合，并加热搅拌，使反应物共沉淀形成氧化铈纳米复合催化材料。

该方法具有简单、易操作等优点，且可以制备多种不同的氧化铈纳米复合催化材料。

三、氧化铈纳米复合催化材料的电化学性能研究1. 催化活性研究氧化铈纳米复合催化材料在催化反应中具有出色的催化活性。

例如，氧化铈纳米复合催化材料在催化有机废水降解、气体净化等方面表现出良好的效果。

研究人员发现，氧化铈纳米复合催化材料的催化活性与其特定的晶体结构和表面活性位有关。

因此，进一步研究氧化铈纳米复合催化材料的晶体结构和表面活性位分布对于改善其催化活性具有重要意义。

2. 电催化性能研究氧化铈纳米复合催化材料还具有良好的电催化性能，可以应用于能源领域。

例如，氧化铈纳米复合催化材料可作为电化学催化剂用于燃料电池和电解水器等设备中。

化学工程学院新产品开发训练报告2014-12课题名称： CoCr-LDHs的制备及光催化性能研究课题类型：论文班级：应化 1102*名：**学号： **********指导教师：**评语：指导教师签名：（使用说明：设计/论文请选一使用，左侧装订）第一部分文献综述1.1 水滑石的定义及研究背景层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide,LDH）是水滑石（Hydrotalcite,HT）和类水滑石化合物（Hydrotalcite-Like Compounds,HTLCs）的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类插层材料（LDHs）[1]。

水滑石材料属于阴离子型层状化合物。

层状化合物是指具有层状结构、层间离子具有可交换性的一类化合物，利用层状化合物主体在强极性分子作用下所具有的可插层性和层间离子的可交换性，将一些功能性客体物质引入层间空隙并将层板距离撑开从而形成层柱化合物。

水滑石类化合物(LDHs) 是一类具有层状结构的新型无机功能材料, LDHs的主体层板化学组成与其层板阳离子特性、层板电荷密度或者阴离子交换量、超分子插层结构等因素密切相关。

LDHs的发展已经历了一百多年的历史，但直到二十世纪六十年代才引起物理学家和化学家的极大兴趣。

1842年，Hochstetter首先在片岩矿层中发现了天然水滑石矿物。

[2]后来又相继在挪威的Sunarum地区以及俄罗斯的Ural地区发现了少量的天然水滑石矿。

在二十世纪初，人们发现了LDH对氢加成反应具有催化作用，并由此开始了对LDH结构的研究。

1942年，Feitknecht等首次通过金属盐溶液与碱金属氢氧化物反应人工合成出了LDH，并提出了双层结构模型的设想。

1966年，Kyowa公司首先将LDH的合成工业化。

1969年，Allmann等通过测定LDH单晶结构，首次确认了LDH的层状结构。

[3，4]七八十年代时，Miyata等对其结构进行了详细研究，并对其作为新型催化材料的应用进行了探索性的工作。

纳米簇前体法制水滑石负载钯基催化剂及其增强的醇氧化和Heck偶联性能摘要本文研究了通过纳米簇前体法制备的水滑石负载的钯基催化剂，以及该催化剂在醇氧化和Heck偶联反应中的催化性能。

通过比较前体法和传统浸渍法合成的钯基水滑石催化剂的表现，发现前体法合成催化剂的活性和选择性均有显著提高。

并且，通过优化纳米簇前体的配比和合成条件，可以进一步提高催化剂的性能。

在醇氧化反应中，该催化剂对乙醇、异丙醇和苯甲醇均表现出较高的转化率和选择性。

在Heck偶联反应中，该催化剂可以高效催化芳香基溴化物和烯烃的反应，且产率较高。

本文的研究结果表明，纳米簇前体法制备水滑石负载钯基催化剂是一种有效的方法，能够显著提高催化剂的性能和应用范围。

关键词：纳米簇前体法；水滑石；钯基催化剂；醇氧化；Heck偶联1. 引言钯基催化剂具有广泛的应用前景，在有机合成、化学制品生产和环境保护等领域中均有应用。

其中，水滑石负载的钯基催化剂因其具有高催化活性、选择性和稳定性而受到广泛关注。

然而，传统的水滑石负载催化剂制备方法存在一定的局限性，如活性低、分散性差等。

因此，研究新型的制备方法，以提高催化剂性能是非常必要的。

纳米簇前体法是一种新兴的制备催化剂的方法，与传统的浸渍法相比，它具有合成简单、催化性能优异等优点。

在此基础上，本文利用纳米簇前体法制备了钯基水滑石催化剂，并研究了该催化剂在醇氧化和Heck偶联反应中的催化性能。

本文的研究结果可为钯基催化剂的制备和应用提供一定的参考。

2. 实验部分2.1 材料与仪器研究所用材料包括：氯化钯(II)、氯化钠、氯化镁、氢氧化钠、NaBH4、氢氧化氢、乙醇、异丙醇、苯甲醇、芳香基溴化物、烯烃等。

仪器包括：XRD、TEM、SEM、XPS和GC-MS等。

2.2 制备方法制备纳米簇前体：按照一定的配比，将氯化钠、氯化镁和氯化钯(II)加入500 ml三颈瓶中，加入一定量的高纯水，搅拌至彻底混合。

在室温下缓慢滴加氢氧化钠，反应后加入过滤纸，过滤后可得到纳米簇前体；制备水滑石负载钯基催化剂：将纳米簇前体与水滑石混合，在200℃下加热7 h，即可得到水滑石负载钯基催化剂；反应条件：在水-乙醇溶液中，将醇和催化剂加入反应瓶中，控制温度在70-90℃，反应1-2 h。

专利名称：一种铜铬铝水滑石催化剂的制备方法及催化氧化5-羟甲基糠醛的应用
专利类型：发明专利
发明人：陈鸿,马雪莉
申请号：CN201910884925.X
申请日：20190919
公开号：CN110586114A
公开日：
20191220
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种铜铬铝水滑石催化剂的制备及其催化氧化5‑羟甲基糠醛的应用；通过共沉淀法将含铜、铬、铝的硝酸盐与碱进行混合沉淀、老化，然后经过洗涤、干燥、煅烧等步骤制备出铜铬铝水滑石催化剂，再通过改变铬、铝三价离子的掺杂比例实现了对5‑羟甲基糠醛的优化转化。

在此反应中，5‑羟甲基糠醛的转化率范围为91.4％～97.3％，其中Cr：Al＝3：1时，转化率最高可达97.3％。

该铜铬铝水滑石催化剂元素组成新颖，催化剂制作简单，成本低廉，且催化性能优异、结构稳定，可重复使用5次以上，具有广泛的应用前景。

申请人：天津大学
地址：300072 天津市南开区卫津路92号天津大学
国籍：CN
代理机构：天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：曹玉平
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