摘要：将甲烷直接转化为燃料和高附加值化学品引起了越来越多的研究兴趣,然而由于甲烷的化学惰性,实现这一过程仍然是一个巨大的挑战.本文设计了12种单原子合金催化剂(SAAs)应用于甲烷的活化,利用密度泛函理论(DFT)计算和微观动力学模拟筛选出对甲烷C–H键解离具有优异催化活性的单原子合金,并在此基础上进一步研究了甲烷选择性氧化制甲醇的机理.计算结果表明,惰性金属Ag、Au和Cu基底中掺杂Ir单原子具有更高的甲烷解离活性,这主要源于甲烷C–H键与Ir原子投影d轨道之间的相互作用.在引入分子氧之后,我们提出了甲烷选择性氧化制甲醇的三种反应机理.通过DFT计算确定了3条途径的完整反应网络,同时微观动力学模拟揭示了实际反应条件下每种SAA表面上反应物种覆盖度的变化.表面覆盖度分析表明,在所有的温度范围内,Ir1/Ag表面都有利于氧化反应,而Ir1/Au和Ir1/Cu只在有限的温度区间内有利于该氧化过程,表明Ir1/Ag单原子合金是甲烷选择性氧化制甲醇反应中非常有效的单原子合金催化剂.

摘要：锂硫电池因具有2600 Wh kg–1的高能量密度,而备受人们关注.但由于硫的负荷和利用率低,阻碍了硫的商品化.在此,本文设计了纤维素基石墨烯-碳复合气凝胶(CCA)自支撑电极来提高锂硫电池的性能. CCA具有低密度(0.018 g cm–3)、大比表面积(657.85 m2g–1)、高孔隙率(96%)、显著的电解质吸附(42.25倍)等独特的物理结构,有助于提高硫的质量负荷和利用率.与Al(约49%)相比, CCA表现出优良的硫利用效率(86%),在9.11 mgS负荷下可达到8.60 mAh cm–2的大面积容量,有助于实现锂硫电池的商业化进程.同时,由于其灵活性和对电响应信号的高灵敏度, CCA表现出优异的脉冲传感应用潜力.

摘要：开发高效的铂(Pt)基电催化剂对于燃料电池的发展具有极其重要的意义.本文报道了一种氮掺杂纳米碳结构包覆的超低Pt合金集成电催化剂并用于燃料电池氧还原反应.该Pt基催化剂复合材料在0.9 V ***的电位下展现出3.46 A mg^(-1)_(Pt)质量活性,并且在10000圈循环后几乎没有衰减.单电池测试结果表明,其Pt利用率高达10.22 W mg^(-1)_(Pt)阴极,并具有30000圈循环的优异耐久性.实验和理论研究表明,将Co/Ni掺入Pt晶格可产生具有最佳Pt-O结合能的高应变Pt结构,这可显著加快反应动力学.氮掺杂纳米碳结构和活性Pt组分产生的协同催化作用是提高催化活性的主要原因,同时增强的金属-载体相互作用和优化的亲水性能可促进传质过程和水管理.这项工作可为燃料电池及其他领域的低Pt集成电催化剂的设计提供重要见解.