极速快三注册登录Nature最新研究成果:科学家们     DATE: 2019-10-03 14:51

  资源日趋减少的矛盾。人类的生存与发展都和能源有密切关系,人类的一切经济活动和生存都依赖于能源的供给。问题是个全球问题,能源问题的解决,□▼◁▼口▲=○▼有助于解决全球性的其他问题(如温室效应等)。

  金属-空气电池作为可再生能源发电技术,它以电化学方式产生能量并有可能解决能源问题。然而,现有的Pt负载的电催化剂经常因长时间操作而导致碳载体的聚集或分离,限制金属-空气电池的寿命。在这项研究中,将Pt纳米粒子负载在硫掺杂的碳材料表面,测试其稳定性的变化。▲★-●研究中首先合成了普通碳和硫掺杂碳材料,然后将Pt纳米粒子负载在普通碳和硫掺杂碳材料基质中,◆▼在600°C条件下处理后,发现普通碳基质表面上的Pt纳米粒子的粒径有显著的提高,从2.4 nm达到了 5.2 nm;而同时硫掺杂碳材料基质表面的Pt纳米粒子的粒径仅仅有非常小的增长,从2.2nm到2.51nm。通过实验过程和分析,我们知道实验表明硫化物中的C-S-C键在载体材料和负载的Pt纳米颗粒之间提供很强的相互作用。因此,S掺杂的碳载体可以用作Pt纳米颗粒的稳定剂,以增强其在金属-空气电池和其他电化学装置中的寿命和稳定性。

  一直以来,电化学能量存储设备(包括金属-空气电池和燃料电池)被认为是解决未来能源短缺问题的有力候选;然而,氧化还原反应阴极处的迟滞率(ORR)一直是限制其发展的短板。为了提高电池的性能,铂(Pt)或其合金通常用作电催化剂。Pt纳米粒子通常负载在高比表面积碳材料上作为现有技术的ORR电催化剂,★△◁◁▽▼但这些Pt纳米粒子经常在长时间运行后会聚集或脱离碳载体。在过去几十年的材料科学中,•●由于物理化学性质可以通过碳纳米结构的简单操控而显著改变,从而扩大其应用范围,▪️•★杂原子掺杂在碳材料中已被广泛研究。特别的是,在过去的几年时间里,因为其依附在贵金属纳米粒子亲和力强,硫掺杂碳备受关注。

  Ahmadi等人研究发现,负载在硫改性碳纳米管上的Pt纳米颗粒显示出更高的分散性和较窄的尺寸分布。李等人报道,极速快三投注铂纳米粒子与含硫碳材料之间存在强烈的相互作用,并且在持久性实验中表现出稳定的催化活性。由于硫原子可以在碳表面形成很强共价键,因此难以用化学品提取它们,或者在高达1000℃的真空环境中分解它们。在大气条件下,硫化碳即使在1200℃的高温处理后依然展现示出良好的稳定性。因此,◇•■★▼用硫原子来功能化碳载体可提供一种稳定Pt纳米颗粒的新方法。

  该研究通过Solution plasma工艺生成原始和S掺杂碳(TOAS)的机理:通过等离子体合成的碳形成机理的示意图在图1a中 。

  通过溶液法合成Pt纳米颗粒,并加载到原始和S掺杂的碳载体上,如图1b所示

  原始碳和S掺杂碳(TOAS)载体的性质:BZ和TOAS的SEM和TEM形态如图2(a-d)所示。

  SEM能够非常清晰的看到普通碳和S掺杂碳(TOAS)材料载体的表面形态,可直接利用普通碳和S掺杂碳(TOAS)材料载体的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是,有较高的放大倍数;有很大的景深,视野大,成像富有立体感,可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构。

  TEM可以用于观察原始碳和S掺杂碳(TOAS)载体的精细结构,甚至可以用于观察仅仅一列原子的结构,比普通光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。TEM在材料学、物理学和生物学相关的许多科学领域都是重要的分析方法,如癌症研究、病毒学、材料科学、以及纳米技术、◇▲=○▼=△▲半导体研究等。

  通俗点讲,如果看表面形貌的话用SEM,可以看出粒径大小和是否规则。要看内部晶体结构和分布就要看TEM。▼▲而且还要看你的样品状态和大小是适合做TEM还是SEM。BZ和TOAS的BET数据如下表:

  粉末或多孔性物质的结构相对比较复杂,其表面积的测定较困难,它们不仅具有不规则的外表面,还有复杂的内表面。比表面积的测量,无论在科研还是工业生产中都具有十分重要的意义。★▽…◇

  XRD 即X-ray diffraction 的缩写,中文翻译是X射线衍射,用于确定晶体结构。XRD通过对材料进行X射线衍射,分析其衍射图谱,获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息。

  X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)被广泛应用于分析无机化合物、合金、▼▼▽●▽●半导体、聚合物、元素、催化剂、墨水、木材、生物材料、油脂、胶水等。●XPS可以用来:元素的定性定量分析;固体表面分析;化合物的结构。

  电化学表征中最常用的是EIS 、CV、LSV等。对于一个新的电化学体系,首选的研究方法往往就是循环伏安法(CV),◆●△▼●可称之为“电化学的谱图”。可以根据CV曲线形状判断电极反应的可逆程度,电极材料的稳定性和催化性能、相界吸附或新相形成的可能性等。该方法使用的电极除汞电极外,还可以用铂、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。

  在这项研究中,首先通过Solution plasma工艺合成原始碳和硫掺杂碳纳米颗粒作为载体材料,然后将铂(Pt)纳米颗粒加载到原始(Pt / BZ)和S掺杂碳基质(Pt / TOAS)上。结果表明,通过硫原子与负载的Pt纳米颗粒的表面原子之间的相互作用,TOAS中的硫原子稳定了Pt纳米颗粒。因此在多次的充放电后,负载的Pt纳米粒子的稳定性依然较高,该方法显著提高了负载Pt的稳定性。•☆■▲★-●△▪️▲□△▽